一、激光雷達的性能指標有哪些

激(ji)(ji)光(guang)雷達的主要性能參(can)數(shu)有(you)激(ji)(ji)光(guang)的波(bo)長、探測距離、FOV（垂直+水平）、測距精度、角分辨率、出(chu)點數(shu)、線束(shu)、安(an)全等級(ji)、輸(shu)出(chu)參(can)數(shu)、IP防護等級(ji)、功(gong)率、供電(dian)電(dian)壓、激(ji)(ji)光(guang)發射方式（機械/固態）、使用壽命等。

1、激光的波長：目前市場上(shang)三維成像激光(guang)(guang)雷達最常用(yong)的波長是905nm和1550nm。1550nm波長LiDAR傳(chuan)感器可以以更高(gao)的功率運行(xing)，以提高(gao)探測(ce)范圍，同時(shi)對于(yu)雨霧的穿透力更強(qiang)。905nm的主要優點是硅(gui)在該波長處(chu)吸收光(guang)(guang)子，而硅(gui)基(ji)光(guang)(guang)電探測(ce)器通(tong)常比探測(ce)1550nm光(guang)(guang)所需的銦鎵(jia)砷（InGaAs）近(jin)紅(hong)外探測(ce)器便宜(yi)。

2、安全等級：激光雷達的(de)(de)(de)安全(quan)(quan)等級(ji)是否滿足Class1，需要考慮(lv)特定(ding)波(bo)長的(de)(de)(de)激光產品在完全(quan)(quan)工作時間內(nei)的(de)(de)(de)激光輸(shu)出功(gong)率，即激光輻射的(de)(de)(de)安全(quan)(quan)性是波(bo)長、輸(shu)出功(gong)率，和激光輻射時間的(de)(de)(de)綜合(he)作用的(de)(de)(de)結(jie)果。

3、探測距離：激光雷達的(de)(de)測(ce)(ce)(ce)距(ju)與目(mu)標的(de)(de)反射(she)率(lv)相關。目(mu)標的(de)(de)反射(she)率(lv)越(yue)(yue)高則測(ce)(ce)(ce)量的(de)(de)距(ju)離(li)越(yue)(yue)遠，目(mu)標的(de)(de)反射(she)率(lv)越(yue)(yue)低則測(ce)(ce)(ce)量的(de)(de)距(ju)離(li)越(yue)(yue)近。因此在查看激光雷達的(de)(de)探測(ce)(ce)(ce)距(ju)離(li)時(shi)要(yao)知道(dao)該(gai)測(ce)(ce)(ce)量距(ju)離(li)是目(mu)標反射(she)率(lv)為多少時(shi)的(de)(de)探測(ce)(ce)(ce)距(ju)離(li)。

4、FOV：激(ji)光(guang)雷達的(de)視(shi)場角(jiao)(jiao)有水平視(shi)場角(jiao)(jiao)和垂直視(shi)場角(jiao)(jiao)。如果是機械旋轉激(ji)光(guang)雷達，則其水平視(shi)場角(jiao)(jiao)為360度。

5、角分辨率：一個(ge)是垂(chui)直(zhi)分辨(bian)率，另一個(ge)是水(shui)(shui)(shui)(shui)平分辨(bian)率。水(shui)(shui)(shui)(shui)平方向(xiang)(xiang)上做(zuo)到高分辨(bian)率其(qi)實(shi)不難，因為水(shui)(shui)(shui)(shui)平方向(xiang)(xiang)上是由(you)電(dian)機帶動的(de)，所以水(shui)(shui)(shui)(shui)平分辨(bian)率可以做(zuo)得很高。一般(ban)可以做(zuo)到0.01度級別(bie)。垂(chui)直(zhi)分辨(bian)率是與(yu)發射器幾何大小相關，也(ye)與(yu)其(qi)排布有關系，就(jiu)是相鄰兩個(ge)發射器間隔(ge)做(zuo)得越小，垂(chui)直(zhi)分辨(bian)率也(ye)就(jiu)會越小。垂(chui)直(zhi)分辨(bian)率為0.1~1度的(de)級別(bie)。

6、出點數：每秒(miao)激(ji)光雷達發射的激(ji)光點(dian)數。激(ji)光雷達的點(dian)數一般從幾(ji)萬(wan)點(dian)至幾(ji)十萬(wan)點(dian)每秒(miao)左(zuo)右。

7、線束：多(duo)(duo)線激(ji)(ji)(ji)光(guang)雷(lei)達，就是通過(guo)多(duo)(duo)個激(ji)(ji)(ji)光(guang)發(fa)射器在垂直方向上的(de)(de)分(fen)布(bu)，通過(guo)電機的(de)(de)旋轉形成(cheng)多(duo)(duo)條線束(shu)的(de)(de)掃(sao)描。多(duo)(duo)少線的(de)(de)激(ji)(ji)(ji)光(guang)雷(lei)達合適，主(zhu)要是說(shuo)多(duo)(duo)少線的(de)(de)激(ji)(ji)(ji)光(guang)雷(lei)達掃(sao)出(chu)來的(de)(de)物體能夠(gou)適合算法的(de)(de)需求。理論上講，當然(ran)是線束(shu)越(yue)多(duo)(duo)、越(yue)密，對(dui)環境描述就更加充分(fen)，這樣還可以(yi)降低算法的(de)(de)要求。常見(jian)的(de)(de)激(ji)(ji)(ji)光(guang)雷(lei)達的(de)(de)線束(shu)有：16線、32線、64線等(deng)。

8、輸出參數：障礙(ai)物的位置（三維(wei)）、速(su)度（三維(wei)）、方向(xiang)、時(shi)間戳（某些激(ji)光(guang)雷(lei)達有）、反射率

9、使用壽命：機械旋(xuan)轉(zhuan)的激光雷達的使用(yong)壽命一般(ban)在幾千(qian)小時；固態激光雷達的使用(yong)壽命可(ke)高達10萬小時。

10、激光發射方式：傳統的(de)采用機械旋轉(zhuan)的(de)結(jie)構(gou)，機械旋轉(zhuan)容易(yi)導致磨損使(shi)得激(ji)光(guang)雷達(da)(da)(da)的(de)使(shi)用壽命(ming)有(you)限。固態激(ji)光(guang)雷達(da)(da)(da)主要(yao)由三類(lei)-Flash、MEMS、相(xiang)(xiang)控陣。Flash激(ji)光(guang)雷達(da)(da)(da)只要(yao)有(you)光(guang)源，就能用脈沖(chong)一(yi)次覆蓋整個視場。隨(sui)后(hou)再用飛行時間(jian)(jian)（ToF）方法(fa)接收(shou)相(xiang)(xiang)關數據并繪制出激(ji)光(guang)雷達(da)(da)(da)周圍的(de)目(mu)標。MEMS激(ji)光(guang)雷達(da)(da)(da)其結(jie)構(gou)相(xiang)(xiang)當簡單，只要(yao)一(yi)束激(ji)光(guang)和一(yi)塊反光(guang)鏡(jing)。具體來說，激(ji)光(guang)射向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)這塊類(lei)似(si)陀螺一(yi)樣旋轉(zhuan)的(de)反光(guang)鏡(jing)就行，反光(guang)鏡(jing)通過(guo)轉(zhuan)動，可以實(shi)現對激(ji)光(guang)方向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)的(de)控制。相(xiang)(xiang)控陣激(ji)光(guang)雷達(da)(da)(da)利用獨立天線同步形(xing)成(cheng)的(de)微陣列，相(xiang)(xiang)控陣可以向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)任何(he)方向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)發送無線電(dian)波，完(wan)全省略了“旋轉(zhuan)”這一(yi)步驟，只需控制每個天線發送信(xin)號(hao)間(jian)(jian)的(de)時機或陣列，就能控制信(xin)號(hao)射向(xiang)(xiang)(xiang)(xiang)特定位置。

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二、激光雷達的測距方法有哪些

就(jiu)像大家所熟(shu)知的(de)那樣(yang)，路程(cheng)=速(su)度(du)×時間，激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)的(de)測(ce)距過程(cheng)也離不開這個公式(shi)。在空間中，激光(guang)(guang)的(de)飛行速(su)度(du)是已(yi)知的(de)3×108m/s。現有(you)的(de)激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)測(ce)距方(fang)法有(you)很多(duo)種，除了直接測(ce)量激光(guang)(guang)脈沖飛行時間的(de)方(fang)式(shi)，還可以(yi)通(tong)過對發射激光(guang)(guang)信號的(de)幅度(du)、頻率等參數進行調制來間接的(de)獲取目標的(de)距離信息。

利用激光雷達進行距(ju)離測量，針對不(bu)同(tong)的應用(yong)場景(jing)，我們要對癥下藥。

1、“激光測距里的千里眼”——脈沖激光測距法

脈沖激(ji)(ji)光(guang)具(ju)有峰值(zhi)功(gong)率大(da)的(de)(de)特點，這使它能夠在空間中傳播很長的(de)(de)距(ju)(ju)(ju)離，所以脈沖激(ji)(ji)光(guang)測距(ju)(ju)(ju)法可(ke)以對(dui)很遠(yuan)的(de)(de)目標進行測量(liang)。很遠(yuan)是(shi)有多(duo)遠(yuan)呢？目前人類歷史上最遠(yuan)的(de)(de)激(ji)(ji)光(guang)測量(liang)距(ju)(ju)(ju)離是(shi)地(di)球和月(yue)亮之間的(de)(de)距(ju)(ju)(ju)離，他們(men)采(cai)用的(de)(de)就是(shi)脈沖激(ji)(ji)光(guang)測距(ju)(ju)(ju)法。自2019年(nian)6月(yue)以來(lai)，我國天(tian)琴計劃團隊已經(jing)多(duo)次成功(gong)實現地(di)月(yue)距(ju)(ju)(ju)離的(de)(de)測量(liang)，通過對(dui)脈沖飛(fei)行時(shi)間的(de)(de)精確(que)計時(shi)，得(de)到地(di)月(yue)距(ju)(ju)(ju)離在351，000km到406，000km（橢圓軌道）之間波動(dong)。

脈沖(chong)激光測(ce)距(ju)是一(yi)種(zhong)發展十分成(cheng)熟的(de)測(ce)距(ju)體(ti)制(zhi)，不僅可以用來(lai)對(dui)遠目(mu)標探測(ce)，還可以用在數(shu)公(gong)里甚至數(shu)十米測(ce)量(liang)(liang)場景下。目(mu)前的(de)汽(qi)車自動駕(jia)駛中也大多采用這種(zhong)方法(fa)，其測(ce)距(ju)精度可以達到厘米量(liang)(liang)級，這對(dui)大部分的(de)應用場景已經足夠。

2、“明察秋毫”的相位激光測距法

對(dui)那些對(dui)測距精度要(yao)求(qiu)較高的(de)(de)應用場景，如“空間交匯對(dui)接”中(zhong)最(zui)后的(de)(de)接近段等，厘米級的(de)(de)測距精度已經不能滿足它們(men)的(de)(de)要(yao)求(qiu)，這時(shi)候需要(yao)用相位激光測距的(de)(de)方法(fa)來測量。

相(xiang)位(wei)激(ji)(ji)光測距(ju)(ju)(ju)(ju)發射的(de)是經(jing)過了調制的(de)連續激(ji)(ji)光信號，通過測量回波(bo)(bo)信號與發射信號之間(jian)的(de)相(xiang)位(wei)差(cha)來確定(ding)目標(biao)的(de)距(ju)(ju)(ju)(ju)離(li)。與脈沖激(ji)(ji)光測距(ju)(ju)(ju)(ju)相(xiang)比，相(xiang)位(wei)式激(ji)(ji)光測距(ju)(ju)(ju)(ju)法有更(geng)高的(de)測距(ju)(ju)(ju)(ju)精(jing)度，其(qi)測距(ju)(ju)(ju)(ju)精(jing)度可以達(da)到毫米級。但是由于相(xiang)位(wei)式測距(ju)(ju)(ju)(ju)發射的(de)激(ji)(ji)光為(wei)連續波(bo)(bo)，這使得它的(de)平(ping)均功率遠(yuan)低(di)于脈沖激(ji)(ji)光的(de)峰值(zhi)功率，因而無(wu)法實(shi)現遠(yuan)距(ju)(ju)(ju)(ju)離(li)目標(biao)的(de)探測。我們(men)生活中常用(yong)的(de)手(shou)持式激(ji)(ji)光測距(ju)(ju)(ju)(ju)儀大多都是采用(yong)相(xiang)位(wei)激(ji)(ji)光測距(ju)(ju)(ju)(ju)的(de)方法。

3、“追著你測”的調頻連續波激光測距法

如果目標(biao)(biao)(biao)是運動的，除了(le)距(ju)離，我們還想知道目標(biao)(biao)(biao)的速度(du)時(shi)，該怎么辦(ban)呢？隨(sui)著航(hang)天(tian)技(ji)術的發展，保證航(hang)天(tian)器能(neng)夠安(an)全(quan)的軟著陸(lu)成為(wei)一個(ge)重(zhong)要的問題。單次(ci)脈(mo)沖激光(guang)測(ce)距(ju)和相(xiang)位測(ce)距(ju)法只能(neng)獲(huo)得(de)目標(biao)(biao)(biao)的距(ju)離信息(xi)，若要獲(huo)得(de)其速度(du)至少需要兩次(ci)測(ce)量(liang)結果并結合兩次(ci)測(ce)量(liang)的時(shi)間間隔來計算。而(er)這樣計算出來的平(ping)均速度(du)的精(jing)度(du)遠低于激光(guang)多(duo)普(pu)勒測(ce)速雷達(da)的測(ce)速精(jing)度(du)。

調頻連續(xu)波激光(guang)測距(ju)(ju)方法可以(yi)解(jie)決這個問(wen)題，它不僅可以(yi)測距(ju)(ju)，還可以(yi)測速(su)(su)，因此可以(yi)應用于相對運動速(su)(su)度較高(gao)的目標(biao)測距(ju)(ju)。