一、激光雷達的性能指標有哪些

激(ji)光雷達的主要性能(neng)參數有激(ji)光的波長、探測距(ju)離(li)、FOV（垂直+水平）、測距(ju)精度、角(jiao)分辨率(lv)、出(chu)點數、線束、安全(quan)等(deng)級、輸(shu)出(chu)參數、IP防(fang)護等(deng)級、功率(lv)、供(gong)電(dian)電(dian)壓、激(ji)光發射(she)方式（機械(xie)/固(gu)態）、使用(yong)壽(shou)命等(deng)。

1、激光的波長：目(mu)前(qian)市(shi)場上三維成像(xiang)激光雷(lei)達最常用的波(bo)長(chang)(chang)是905nm和1550nm。1550nm波(bo)長(chang)(chang)LiDAR傳感器可以以更(geng)(geng)高的功率(lv)運行，以提高探(tan)測(ce)(ce)(ce)范圍，同時對(dui)于雨霧的穿(chuan)透(tou)力更(geng)(geng)強。905nm的主要優(you)點是硅在該(gai)波(bo)長(chang)(chang)處吸(xi)收光子，而硅基光電探(tan)測(ce)(ce)(ce)器通常比探(tan)測(ce)(ce)(ce)1550nm光所需的銦鎵砷（InGaAs）近紅外探(tan)測(ce)(ce)(ce)器便宜。

2、安全等級：激(ji)(ji)光雷(lei)達(da)的(de)(de)安全(quan)等級(ji)是否滿足Class1，需要考慮特定波(bo)長的(de)(de)激(ji)(ji)光產品在完(wan)全(quan)工作(zuo)時(shi)(shi)間內的(de)(de)激(ji)(ji)光輸出功(gong)率，即激(ji)(ji)光輻射的(de)(de)安全(quan)性(xing)是波(bo)長、輸出功(gong)率，和激(ji)(ji)光輻射時(shi)(shi)間的(de)(de)綜合作(zuo)用的(de)(de)結果(guo)。

3、探測距離：激光雷達的測(ce)(ce)距(ju)與目(mu)標的反(fan)射(she)率相(xiang)關。目(mu)標的反(fan)射(she)率越高則(ze)測(ce)(ce)量的距(ju)離(li)越遠，目(mu)標的反(fan)射(she)率越低則(ze)測(ce)(ce)量的距(ju)離(li)越近(jin)。因(yin)此在(zai)查看(kan)激光雷達的探(tan)測(ce)(ce)距(ju)離(li)時要知(zhi)道(dao)該測(ce)(ce)量距(ju)離(li)是目(mu)標反(fan)射(she)率為多(duo)少時的探(tan)測(ce)(ce)距(ju)離(li)。

4、FOV：激光雷(lei)達(da)的視(shi)場角有(you)水平視(shi)場角和垂直視(shi)場角。如果是(shi)機械旋轉激光雷(lei)達(da)，則其水平視(shi)場角為360度。

5、角分辨率：一個是(shi)(shi)垂(chui)直分辨(bian)(bian)(bian)率(lv)，另一個是(shi)(shi)水(shui)平(ping)分辨(bian)(bian)(bian)率(lv)。水(shui)平(ping)方向上做到(dao)高分辨(bian)(bian)(bian)率(lv)其實不難，因為水(shui)平(ping)方向上是(shi)(shi)由電機帶動的(de)，所以水(shui)平(ping)分辨(bian)(bian)(bian)率(lv)可以做得很高。一般可以做到(dao)0.01度級別。垂(chui)直分辨(bian)(bian)(bian)率(lv)是(shi)(shi)與(yu)發射器(qi)幾何大(da)小(xiao)(xiao)相關(guan)(guan)，也(ye)與(yu)其排(pai)布(bu)有關(guan)(guan)系，就是(shi)(shi)相鄰兩個發射器(qi)間隔做得越(yue)小(xiao)(xiao)，垂(chui)直分辨(bian)(bian)(bian)率(lv)也(ye)就會越(yue)小(xiao)(xiao)。垂(chui)直分辨(bian)(bian)(bian)率(lv)為0.1~1度的(de)級別。

6、出點數：每秒激(ji)光雷達發射的(de)激(ji)光點(dian)數。激(ji)光雷達的(de)點(dian)數一般從幾萬點(dian)至幾十萬點(dian)每秒左右。

7、線束：多線(xian)(xian)(xian)(xian)激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)，就是通過(guo)多個激光(guang)(guang)發射器在垂直(zhi)方向上(shang)的(de)(de)(de)分布(bu)，通過(guo)電機的(de)(de)(de)旋轉形成多條線(xian)(xian)(xian)(xian)束的(de)(de)(de)掃(sao)描(miao)(miao)。多少線(xian)(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)合適，主要是說多少線(xian)(xian)(xian)(xian)的(de)(de)(de)激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)掃(sao)出(chu)來的(de)(de)(de)物體(ti)能夠(gou)適合算法的(de)(de)(de)需求(qiu)。理論上(shang)講，當然是線(xian)(xian)(xian)(xian)束越(yue)多、越(yue)密，對環境描(miao)(miao)述(shu)就更加充分，這樣還可以降低算法的(de)(de)(de)要求(qiu)。常見(jian)的(de)(de)(de)激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)的(de)(de)(de)線(xian)(xian)(xian)(xian)束有：16線(xian)(xian)(xian)(xian)、32線(xian)(xian)(xian)(xian)、64線(xian)(xian)(xian)(xian)等。

8、輸出參數：障礙物的位置（三(san)維）、速度（三(san)維）、方(fang)向、時(shi)間(jian)戳（某些激光雷達(da)有）、反射率

9、使用壽命：機械(xie)旋轉的激光雷達的使用壽命(ming)一般在幾千小時(shi)；固(gu)態(tai)激光雷達的使用壽命(ming)可高達10萬小時(shi)。

10、激光發射方式：傳統的采(cai)用(yong)機(ji)械(xie)旋轉的結(jie)構(gou)，機(ji)械(xie)旋轉容易導(dao)致磨損(sun)使得激(ji)光(guang)雷達(da)(da)的使用(yong)壽命有限。固(gu)態激(ji)光(guang)雷達(da)(da)主要由三類-Flash、MEMS、相(xiang)(xiang)控(kong)陣(zhen)。Flash激(ji)光(guang)雷達(da)(da)只(zhi)要有光(guang)源，就(jiu)能(neng)用(yong)脈(mo)沖一(yi)次覆蓋整(zheng)個視場。隨后再用(yong)飛行時(shi)間(jian)（ToF）方法接收相(xiang)(xiang)關數據并繪制(zhi)出激(ji)光(guang)雷達(da)(da)周圍的目標。MEMS激(ji)光(guang)雷達(da)(da)其結(jie)構(gou)相(xiang)(xiang)當簡單，只(zhi)要一(yi)束激(ji)光(guang)和一(yi)塊反(fan)光(guang)鏡。具體(ti)來說，激(ji)光(guang)射向這塊類似(si)陀螺一(yi)樣(yang)旋轉的反(fan)光(guang)鏡就(jiu)行，反(fan)光(guang)鏡通(tong)過轉動，可以實現對激(ji)光(guang)方向的控(kong)制(zhi)。相(xiang)(xiang)控(kong)陣(zhen)激(ji)光(guang)雷達(da)(da)利用(yong)獨立天線(xian)同(tong)步形成的微陣(zhen)列(lie)(lie)，相(xiang)(xiang)控(kong)陣(zhen)可以向任何(he)方向發(fa)(fa)送無線(xian)電(dian)波，完全省略了“旋轉”這一(yi)步驟(zou)，只(zhi)需控(kong)制(zhi)每個天線(xian)發(fa)(fa)送信號間(jian)的時(shi)機(ji)或陣(zhen)列(lie)(lie)，就(jiu)能(neng)控(kong)制(zhi)信號射向特定位置。

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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)(de)那樣，路程(cheng)=速度×時間，激(ji)(ji)(ji)光雷達(da)的(de)(de)(de)測距(ju)過程(cheng)也離(li)不開這個公式(shi)。在空間中，激(ji)(ji)(ji)光的(de)(de)(de)飛行速度是已知(zhi)的(de)(de)(de)3×108m/s。現有的(de)(de)(de)激(ji)(ji)(ji)光雷達(da)測距(ju)方法有很多種，除(chu)了直接(jie)測量激(ji)(ji)(ji)光脈沖(chong)飛行時間的(de)(de)(de)方式(shi)，還可(ke)以通過對發(fa)射(she)激(ji)(ji)(ji)光信號的(de)(de)(de)幅度、頻率等參數進行調制來間接(jie)的(de)(de)(de)獲取(qu)目(mu)標的(de)(de)(de)距(ju)離(li)信息。

利用激光雷達進(jin)行距離測量，針對不同的應用(yong)場景，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)光具(ju)有(you)峰值功率(lv)大的(de)特點，這使它能夠在(zai)空間中傳(chuan)播很(hen)長(chang)的(de)距(ju)離(li)，所以(yi)脈沖激(ji)光測距(ju)法可以(yi)對很(hen)遠的(de)目(mu)(mu)標(biao)進行測量(liang)。很(hen)遠是有(you)多遠呢？目(mu)(mu)前人類歷(li)史(shi)上(shang)最遠的(de)激(ji)光測量(liang)距(ju)離(li)是地球和(he)月(yue)(yue)亮之間的(de)距(ju)離(li)，他們(men)采用的(de)就是脈沖激(ji)光測距(ju)法。自(zi)2019年6月(yue)(yue)以(yi)來(lai)，我國天琴計劃團隊已經多次成(cheng)功實現地月(yue)(yue)距(ju)離(li)的(de)測量(liang)，通過對脈沖飛行時(shi)間的(de)精確計時(shi)，得到地月(yue)(yue)距(ju)離(li)在(zai)351，000km到406，000km（橢圓軌道(dao)）之間波動。

脈沖激(ji)光測(ce)距是一(yi)種發展十(shi)分(fen)成熟的測(ce)距體制(zhi)，不僅可(ke)以用(yong)來(lai)對遠目(mu)標探測(ce)，還可(ke)以用(yong)在數公里甚至數十(shi)米(mi)測(ce)量場景下。目(mu)前的汽車(che)自動駕駛中也大多(duo)采用(yong)這種方(fang)法，其(qi)測(ce)距精(jing)度可(ke)以達到厘米(mi)量級，這對大部分(fen)的應用(yong)場景已經足(zu)夠。

2、“明察秋毫”的相位激光測距法

對(dui)那(nei)些對(dui)測距精度要(yao)求(qiu)較高的應用(yong)場景(jing)，如“空間交匯對(dui)接”中最后(hou)的接近(jin)段等，厘(li)米級(ji)的測距精度已經不能滿足(zu)它們的要(yao)求(qiu)，這時候需要(yao)用(yong)相(xiang)位激(ji)光(guang)測距的方法來測量。

相(xiang)位(wei)激(ji)光(guang)(guang)(guang)測(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)發射(she)的是經過(guo)了調制的連(lian)續(xu)(xu)激(ji)光(guang)(guang)(guang)信(xin)(xin)號(hao)，通過(guo)測(ce)(ce)量回波信(xin)(xin)號(hao)與發射(she)信(xin)(xin)號(hao)之間的相(xiang)位(wei)差來(lai)確(que)定(ding)目(mu)標(biao)的距(ju)(ju)(ju)離。與脈沖(chong)激(ji)光(guang)(guang)(guang)測(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)相(xiang)比，相(xiang)位(wei)式(shi)激(ji)光(guang)(guang)(guang)測(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)法(fa)有更高的測(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)精(jing)度(du)，其測(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)精(jing)度(du)可以達到毫米(mi)級。但是由于相(xiang)位(wei)式(shi)測(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)發射(she)的激(ji)光(guang)(guang)(guang)為連(lian)續(xu)(xu)波，這使得它的平均功率(lv)遠低(di)于脈沖(chong)激(ji)光(guang)(guang)(guang)的峰(feng)值功率(lv)，因而無法(fa)實(shi)現遠距(ju)(ju)(ju)離目(mu)標(biao)的探測(ce)(ce)。我們(men)生活中常用的手持(chi)式(shi)激(ji)光(guang)(guang)(guang)測(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)儀大(da)多都是采用相(xiang)位(wei)激(ji)光(guang)(guang)(guang)測(ce)(ce)距(ju)(ju)(ju)的方(fang)法(fa)。

3、“追著你測”的調頻連續波激光測距法

如(ru)果目(mu)標(biao)是(shi)運動的(de)，除了距(ju)離，我們還(huan)想知道(dao)目(mu)標(biao)的(de)速度時(shi)，該怎么辦呢？隨(sui)著航天(tian)技術的(de)發展，保證航天(tian)器能(neng)夠安全的(de)軟著陸(lu)成為一(yi)個(ge)重要的(de)問題。單次(ci)脈沖激光(guang)測(ce)距(ju)和相(xiang)位測(ce)距(ju)法(fa)只能(neng)獲(huo)得目(mu)標(biao)的(de)距(ju)離信息，若要獲(huo)得其(qi)速度至少需要兩(liang)次(ci)測(ce)量結(jie)果并結(jie)合兩(liang)次(ci)測(ce)量的(de)時(shi)間間隔來計算。而(er)這樣計算出來的(de)平(ping)均速度的(de)精度遠低于(yu)激光(guang)多(duo)普勒測(ce)速雷達的(de)測(ce)速精度。

調頻連續(xu)波激光測距方(fang)法可(ke)以解(jie)決(jue)這個問題，它不僅可(ke)以測距，還可(ke)以測速(su)，因此(ci)可(ke)以應用于相對運動(dong)速(su)度(du)較高的目標測距。