一、激光雷達的性能指標有哪些

激光雷達的主要性能參數有激光的波長、探測距離(li)、FOV（垂直+水(shui)平）、測距精(jing)度、角分辨率(lv)(lv)、出點數、線(xian)束、安(an)全(quan)等級、輸(shu)出參數、IP防護(hu)等級、功率(lv)(lv)、供電電壓、激光發射方(fang)式（機械/固態(tai)）、使用壽命等。

1、激光的波長：目(mu)前市場上三維成像激光(guang)(guang)雷達最常用的波(bo)(bo)長(chang)是905nm和1550nm。1550nm波(bo)(bo)長(chang)LiDAR傳(chuan)感器可以以更高(gao)的功率運行，以提高(gao)探測(ce)(ce)(ce)范圍，同時對于雨霧(wu)的穿透力更強。905nm的主要優點是硅(gui)在該波(bo)(bo)長(chang)處吸(xi)收光(guang)(guang)子(zi)，而硅(gui)基光(guang)(guang)電探測(ce)(ce)(ce)器通常比探測(ce)(ce)(ce)1550nm光(guang)(guang)所需的銦鎵砷(shen)（InGaAs）近紅外探測(ce)(ce)(ce)器便宜。

2、安全等級：激(ji)(ji)光(guang)雷達的(de)安全(quan)(quan)等級是否(fou)滿足Class1，需要(yao)考(kao)慮特定波長的(de)激(ji)(ji)光(guang)產品在完(wan)全(quan)(quan)工作時(shi)間內的(de)激(ji)(ji)光(guang)輸出功率，即激(ji)(ji)光(guang)輻射的(de)安全(quan)(quan)性是波長、輸出功率，和(he)激(ji)(ji)光(guang)輻射時(shi)間的(de)綜合作用的(de)結(jie)果。

3、探測距離：激光雷達的(de)(de)(de)測(ce)距(ju)與目(mu)標的(de)(de)(de)反射(she)率相(xiang)關。目(mu)標的(de)(de)(de)反射(she)率越(yue)(yue)高則測(ce)量的(de)(de)(de)距(ju)離(li)越(yue)(yue)遠，目(mu)標的(de)(de)(de)反射(she)率越(yue)(yue)低則測(ce)量的(de)(de)(de)距(ju)離(li)越(yue)(yue)近。因此在(zai)查看激光雷(lei)達的(de)(de)(de)探(tan)(tan)測(ce)距(ju)離(li)時(shi)(shi)要知道該測(ce)量距(ju)離(li)是目(mu)標反射(she)率為多少時(shi)(shi)的(de)(de)(de)探(tan)(tan)測(ce)距(ju)離(li)。

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

5、角分辨率：一個是垂直(zhi)分(fen)(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)，另一個是水(shui)(shui)平(ping)(ping)分(fen)(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)。水(shui)(shui)平(ping)(ping)方(fang)向上做到(dao)高(gao)分(fen)(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)其(qi)實不難(nan)，因為(wei)水(shui)(shui)平(ping)(ping)方(fang)向上是由(you)電(dian)機帶(dai)動的，所以水(shui)(shui)平(ping)(ping)分(fen)(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)可以做得(de)很高(gao)。一般可以做到(dao)0.01度級別。垂直(zhi)分(fen)(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)是與(yu)(yu)發射器幾何大小相(xiang)關，也與(yu)(yu)其(qi)排布有關系，就是相(xiang)鄰(lin)兩個發射器間隔做得(de)越(yue)小，垂直(zhi)分(fen)(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)也就會(hui)越(yue)小。垂直(zhi)分(fen)(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)為(wei)0.1~1度的級別。

6、出點數：每(mei)(mei)秒激(ji)光雷達(da)發射(she)的激(ji)光點(dian)數。激(ji)光雷達(da)的點(dian)數一般從幾萬點(dian)至幾十(shi)萬點(dian)每(mei)(mei)秒左右。

7、線束：多(duo)(duo)線(xian)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷達(da)(da)(da)，就是通(tong)過(guo)多(duo)(duo)個激(ji)(ji)光(guang)(guang)發射器在(zai)垂直方向(xiang)上的(de)分(fen)布(bu)，通(tong)過(guo)電機的(de)旋轉(zhuan)形成多(duo)(duo)條線(xian)束(shu)的(de)掃描(miao)。多(duo)(duo)少(shao)(shao)線(xian)的(de)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷達(da)(da)(da)合適(shi)，主要是說多(duo)(duo)少(shao)(shao)線(xian)的(de)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷達(da)(da)(da)掃出來的(de)物體能夠適(shi)合算(suan)法(fa)的(de)需求。理論(lun)上講，當然是線(xian)束(shu)越多(duo)(duo)、越密，對(dui)環境描(miao)述(shu)就更加充分(fen)，這樣還可以降低算(suan)法(fa)的(de)要求。常(chang)見(jian)的(de)激(ji)(ji)光(guang)(guang)雷達(da)(da)(da)的(de)線(xian)束(shu)有(you)：16線(xian)、32線(xian)、64線(xian)等。

8、輸出參數：障(zhang)礙物(wu)的位(wei)置（三維(wei)）、速度（三維(wei)）、方(fang)向(xiang)、時間戳（某些激光雷達(da)有）、反射率

9、使用壽命：機械旋轉(zhuan)的(de)激光雷達的(de)使(shi)用壽命一般在幾千小時；固態(tai)激光雷達的(de)使(shi)用壽命可(ke)高達10萬小時。

10、激光發射方式：傳統的采用(yong)(yong)(yong)機(ji)械(xie)旋轉(zhuan)的結(jie)構(gou)，機(ji)械(xie)旋轉(zhuan)容易導(dao)致磨損使得激光(guang)(guang)雷達(da)的使用(yong)(yong)(yong)壽命有限。固態激光(guang)(guang)雷達(da)主要由三類-Flash、MEMS、相控(kong)(kong)陣(zhen)(zhen)。Flash激光(guang)(guang)雷達(da)只要有光(guang)(guang)源，就(jiu)能(neng)用(yong)(yong)(yong)脈沖(chong)一(yi)(yi)次覆蓋整(zheng)個(ge)視場。隨后再用(yong)(yong)(yong)飛行時間（ToF）方法(fa)接收相關(guan)數(shu)據(ju)并繪制(zhi)(zhi)出激光(guang)(guang)雷達(da)周圍的目標。MEMS激光(guang)(guang)雷達(da)其結(jie)構(gou)相當簡單，只要一(yi)(yi)束激光(guang)(guang)和一(yi)(yi)塊反光(guang)(guang)鏡(jing)。具體來說，激光(guang)(guang)射(she)向這(zhe)塊類似陀螺一(yi)(yi)樣旋轉(zhuan)的反光(guang)(guang)鏡(jing)就(jiu)行，反光(guang)(guang)鏡(jing)通過轉(zhuan)動，可(ke)以實現對激光(guang)(guang)方向的控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)。相控(kong)(kong)陣(zhen)(zhen)激光(guang)(guang)雷達(da)利(li)用(yong)(yong)(yong)獨立天線(xian)同步(bu)形成的微陣(zhen)(zhen)列，相控(kong)(kong)陣(zhen)(zhen)可(ke)以向任何(he)方向發送(song)無線(xian)電(dian)波，完(wan)全省略了“旋轉(zhuan)”這(zhe)一(yi)(yi)步(bu)驟，只需(xu)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)每個(ge)天線(xian)發送(song)信號間的時機(ji)或陣(zhen)(zhen)列，就(jiu)能(neng)控(kong)(kong)制(zhi)(zhi)信號射(she)向特定位置。

該圖片由注冊用戶"淺嘗不止—"提供，版權聲明反饋

二、激光雷達的測距方法有哪些

就像大(da)家所熟知(zhi)的(de)(de)那樣，路程=速度×時間，激光雷(lei)達的(de)(de)測(ce)距(ju)(ju)(ju)過程也離不開(kai)這(zhe)個公式。在空間中，激光的(de)(de)飛(fei)行速度是已知(zhi)的(de)(de)3×108m/s。現(xian)有的(de)(de)激光雷(lei)達測(ce)距(ju)(ju)(ju)方法有很多(duo)種，除了直接測(ce)量激光脈沖飛(fei)行時間的(de)(de)方式，還可(ke)以通過對(dui)發射激光信號(hao)的(de)(de)幅度、頻率(lv)等參數進行調制來間接的(de)(de)獲取目標的(de)(de)距(ju)(ju)(ju)離信息。

利用激光雷達進行距離測量，針對(dui)不同的(de)應用(yong)場景，我們要對(dui)癥下(xia)藥(yao)。

1、“激光測距里的千里眼”——脈沖激光測距法

脈(mo)沖激(ji)(ji)光具有峰值(zhi)功率(lv)大的(de)(de)特點，這使它能(neng)夠(gou)在(zai)空間(jian)(jian)中傳播很長的(de)(de)距(ju)離(li)，所以脈(mo)沖激(ji)(ji)光測(ce)(ce)距(ju)法可以對很遠的(de)(de)目標進行測(ce)(ce)量(liang)(liang)。很遠是有多遠呢？目前人類(lei)歷史(shi)上最遠的(de)(de)激(ji)(ji)光測(ce)(ce)量(liang)(liang)距(ju)離(li)是地球和月(yue)(yue)(yue)亮之間(jian)(jian)的(de)(de)距(ju)離(li)，他們(men)采用(yong)的(de)(de)就是脈(mo)沖激(ji)(ji)光測(ce)(ce)距(ju)法。自2019年6月(yue)(yue)(yue)以來，我(wo)國天琴(qin)計(ji)劃團隊(dui)已經多次成功實現地月(yue)(yue)(yue)距(ju)離(li)的(de)(de)測(ce)(ce)量(liang)(liang)，通(tong)過(guo)對脈(mo)沖飛(fei)行時間(jian)(jian)的(de)(de)精(jing)確計(ji)時，得到地月(yue)(yue)(yue)距(ju)離(li)在(zai)351，000km到406，000km（橢圓(yuan)軌道(dao)）之間(jian)(jian)波動。

脈沖激光測(ce)(ce)距是一種發展(zhan)十分(fen)成(cheng)熟的測(ce)(ce)距體制，不僅(jin)可以(yi)用(yong)(yong)來對(dui)遠目標探測(ce)(ce)，還可以(yi)用(yong)(yong)在數公里(li)甚至數十米測(ce)(ce)量場(chang)景下。目前的汽車(che)自動駕(jia)駛中也大多采(cai)用(yong)(yong)這(zhe)種方法，其測(ce)(ce)距精度可以(yi)達到(dao)厘米量級，這(zhe)對(dui)大部分(fen)的應用(yong)(yong)場(chang)景已經(jing)足夠。

2、“明察秋毫”的相位激光測距法

對(dui)那(nei)些對(dui)測距(ju)精(jing)度要求(qiu)較高的(de)應(ying)用場景，如“空間交匯對(dui)接(jie)(jie)”中最后的(de)接(jie)(jie)近段(duan)等，厘米(mi)級的(de)測距(ju)精(jing)度已經不能(neng)滿足它們的(de)要求(qiu)，這時候需要用相位激(ji)光測距(ju)的(de)方法(fa)來(lai)測量(liang)。

相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)測(ce)(ce)(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)發射(she)的(de)是經(jing)過了調制(zhi)的(de)連續激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)信(xin)號，通過測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)回波信(xin)號與(yu)發射(she)信(xin)號之間的(de)相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)差來確定目(mu)標的(de)距(ju)(ju)(ju)離。與(yu)脈(mo)沖激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)測(ce)(ce)(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)相(xiang)(xiang)(xiang)比，相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)式(shi)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)測(ce)(ce)(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)法有更高的(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)精度，其測(ce)(ce)(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)精度可以(yi)達到毫米級。但是由于相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)式(shi)測(ce)(ce)(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)發射(she)的(de)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)為連續波，這(zhe)使得它的(de)平均功率遠低于脈(mo)沖激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)的(de)峰值功率，因而無法實現遠距(ju)(ju)(ju)離目(mu)標的(de)探測(ce)(ce)(ce)(ce)。我(wo)們生(sheng)活中常用(yong)的(de)手(shou)持式(shi)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)測(ce)(ce)(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)儀大(da)多都(dou)是采用(yong)相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)測(ce)(ce)(ce)(ce)距(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(guo)目(mu)標(biao)(biao)是(shi)運動的(de)(de)，除了(le)距(ju)離(li)，我(wo)們還想知道目(mu)標(biao)(biao)的(de)(de)速度時，該怎么(me)辦(ban)呢(ni)？隨(sui)著航(hang)天(tian)技術的(de)(de)發(fa)展，保(bao)證(zheng)航(hang)天(tian)器能(neng)夠(gou)安(an)全的(de)(de)軟著陸成為一個重要(yao)(yao)的(de)(de)問題。單次脈沖激光測(ce)(ce)距(ju)和相位(wei)測(ce)(ce)距(ju)法只能(neng)獲(huo)得目(mu)標(biao)(biao)的(de)(de)距(ju)離(li)信息，若要(yao)(yao)獲(huo)得其速度至少需要(yao)(yao)兩次測(ce)(ce)量結果(guo)并結合(he)兩次測(ce)(ce)量的(de)(de)時間間隔來計算。而這樣計算出來的(de)(de)平均(jun)速度的(de)(de)精度遠(yuan)低(di)于激光多普勒測(ce)(ce)速雷(lei)達(da)的(de)(de)測(ce)(ce)速精度。

調頻(pin)連續波激光測距(ju)方法可(ke)(ke)(ke)以解(jie)決這個(ge)問題，它不僅可(ke)(ke)(ke)以測距(ju)，還可(ke)(ke)(ke)以測速，因此可(ke)(ke)(ke)以應用(yong)于相對運動速度較高的(de)目標測距(ju)。