一、激光雷達的性能指標有哪些

激(ji)光(guang)雷達的主要性能參(can)數有激(ji)光(guang)的波(bo)長、探(tan)測(ce)距離、FOV（垂直(zhi)+水平）、測(ce)距精度、角分辨率、出點數、線束、安全(quan)等(deng)級(ji)、輸出參(can)數、IP防護等(deng)級(ji)、功率、供電電壓、激(ji)光(guang)發(fa)射方(fang)式(shi)（機械(xie)/固(gu)態）、使用壽(shou)命等(deng)。

1、激光的波長：目(mu)前市場上三維(wei)成像激光雷(lei)達最常(chang)用的波(bo)長是(shi)905nm和1550nm。1550nm波(bo)長LiDAR傳(chuan)感器(qi)(qi)(qi)可以(yi)以(yi)更(geng)高(gao)的功率運行，以(yi)提高(gao)探測范圍，同時對于雨霧(wu)的穿透力更(geng)強。905nm的主(zhu)要優點是(shi)硅在該(gai)波(bo)長處吸收(shou)光子，而硅基光電探測器(qi)(qi)(qi)通常(chang)比探測1550nm光所(suo)需的銦鎵砷（InGaAs）近紅外探測器(qi)(qi)(qi)便宜。

2、安全等級：激(ji)光(guang)雷(lei)達的安全(quan)(quan)等級是否(fou)滿足Class1，需要考慮特定波長的激(ji)光(guang)產品在完全(quan)(quan)工(gong)作時間內的激(ji)光(guang)輸(shu)出(chu)功(gong)率，即激(ji)光(guang)輻射(she)的安全(quan)(quan)性(xing)是波長、輸(shu)出(chu)功(gong)率，和激(ji)光(guang)輻射(she)時間的綜合(he)作用(yong)的結果。

3、探測距離：激光雷達的(de)測距(ju)(ju)與目(mu)(mu)標(biao)的(de)反射率(lv)相關(guan)。目(mu)(mu)標(biao)的(de)反射率(lv)越(yue)高則(ze)測量(liang)(liang)的(de)距(ju)(ju)離(li)越(yue)遠，目(mu)(mu)標(biao)的(de)反射率(lv)越(yue)低則(ze)測量(liang)(liang)的(de)距(ju)(ju)離(li)越(yue)近。因此在查看激光雷達的(de)探測距(ju)(ju)離(li)時(shi)(shi)要知(zhi)道該測量(liang)(liang)距(ju)(ju)離(li)是目(mu)(mu)標(biao)反射率(lv)為多(duo)少時(shi)(shi)的(de)探測距(ju)(ju)離(li)。

4、FOV：激光雷(lei)達的視場角有水平視場角和垂直視場角。如果是(shi)機械旋轉激光雷(lei)達，則(ze)其水平視場角為360度(du)。

5、角分辨率：一(yi)個是垂(chui)直(zhi)(zhi)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)，另一(yi)個是水(shui)平分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)。水(shui)平方向(xiang)上做到高(gao)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)其實不難，因為水(shui)平方向(xiang)上是由電機(ji)帶(dai)動的，所以水(shui)平分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)可以做得很高(gao)。一(yi)般(ban)可以做到0.01度級別。垂(chui)直(zhi)(zhi)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)是與發射器幾何大小(xiao)相關，也(ye)與其排(pai)布有關系，就(jiu)是相鄰兩個發射器間隔做得越(yue)小(xiao)，垂(chui)直(zhi)(zhi)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)也(ye)就(jiu)會越(yue)小(xiao)。垂(chui)直(zhi)(zhi)分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)為0.1~1度的級別。

6、出點數：每秒(miao)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)發射的(de)激(ji)光(guang)點(dian)數。激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)的(de)點(dian)數一般從幾萬(wan)點(dian)至幾十萬(wan)點(dian)每秒(miao)左右。

7、線束：多(duo)線(xian)(xian)(xian)激(ji)光雷達，就(jiu)是通過(guo)多(duo)個激(ji)光發(fa)射(she)器在垂直方向(xiang)上的(de)(de)分布，通過(guo)電(dian)機(ji)的(de)(de)旋轉形成多(duo)條線(xian)(xian)(xian)束的(de)(de)掃描。多(duo)少線(xian)(xian)(xian)的(de)(de)激(ji)光雷達合(he)適，主要是說多(duo)少線(xian)(xian)(xian)的(de)(de)激(ji)光雷達掃出來的(de)(de)物體能夠適合(he)算法的(de)(de)需求。理論上講，當然是線(xian)(xian)(xian)束越(yue)多(duo)、越(yue)密，對環(huan)境描述就(jiu)更(geng)加充分，這(zhe)樣還(huan)可以降低算法的(de)(de)要求。常見的(de)(de)激(ji)光雷達的(de)(de)線(xian)(xian)(xian)束有：16線(xian)(xian)(xian)、32線(xian)(xian)(xian)、64線(xian)(xian)(xian)等。

8、輸出參數：障礙物(wu)的位置（三維）、速度(du)（三維）、方向、時間戳（某些(xie)激光(guang)雷(lei)達有）、反射率

9、使用壽命：機械旋轉(zhuan)的激(ji)光雷(lei)達的使用壽命(ming)一般在幾千(qian)小時(shi)；固態激(ji)光雷(lei)達的使用壽命(ming)可(ke)高(gao)達10萬小時(shi)。

10、激光發射方式：傳統(tong)的(de)采用(yong)(yong)機(ji)械(xie)旋(xuan)(xuan)轉的(de)結(jie)構，機(ji)械(xie)旋(xuan)(xuan)轉容易(yi)導致磨損使(shi)得激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)雷達的(de)使(shi)用(yong)(yong)壽(shou)命有(you)限。固(gu)態激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)雷達主要由三類-Flash、MEMS、相控(kong)(kong)陣。Flash激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)雷達只(zhi)要有(you)光(guang)(guang)源，就能用(yong)(yong)脈沖一(yi)次覆蓋整個(ge)視場。隨后再(zai)用(yong)(yong)飛行時(shi)(shi)間(jian)（ToF）方法接收相關數據并(bing)繪制出激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)雷達周圍的(de)目標。MEMS激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)雷達其結(jie)構相當簡單(dan)，只(zhi)要一(yi)束激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)和一(yi)塊(kuai)反光(guang)(guang)鏡。具體(ti)來說(shuo)，激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)射向這(zhe)塊(kuai)類似陀螺一(yi)樣(yang)旋(xuan)(xuan)轉的(de)反光(guang)(guang)鏡就行，反光(guang)(guang)鏡通過(guo)轉動，可(ke)以(yi)(yi)實現對激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)方向的(de)控(kong)(kong)制。相控(kong)(kong)陣激(ji)(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)雷達利用(yong)(yong)獨立天線(xian)(xian)同(tong)步(bu)形成(cheng)的(de)微陣列，相控(kong)(kong)陣可(ke)以(yi)(yi)向任何方向發送無線(xian)(xian)電(dian)波(bo)，完全省略了“旋(xuan)(xuan)轉”這(zhe)一(yi)步(bu)驟，只(zhi)需控(kong)(kong)制每個(ge)天線(xian)(xian)發送信號(hao)間(jian)的(de)時(shi)(shi)機(ji)或陣列，就能控(kong)(kong)制信號(hao)射向特(te)定位置(zhi)。

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二、激光雷達的測距方法有哪些

就像大家所熟知的(de)(de)那樣(yang)，路程(cheng)(cheng)=速度(du)×時(shi)間，激(ji)光(guang)雷達(da)的(de)(de)測距(ju)過程(cheng)(cheng)也離不開這個公式(shi)。在(zai)空間中，激(ji)光(guang)的(de)(de)飛(fei)行(xing)速度(du)是(shi)已知的(de)(de)3×108m/s。現有的(de)(de)激(ji)光(guang)雷達(da)測距(ju)方法有很多種(zhong)，除了直接(jie)測量激(ji)光(guang)脈沖飛(fei)行(xing)時(shi)間的(de)(de)方式(shi)，還可以通過對(dui)發射激(ji)光(guang)信號的(de)(de)幅度(du)、頻(pin)率等參數進行(xing)調制來間接(jie)的(de)(de)獲取(qu)目標的(de)(de)距(ju)離信息。

利用激光雷達進行距離測量(liang)，針對不同的應用場景(jing)，我(wo)們要對癥(zheng)下藥(yao)。

1、“激光測距里的千里眼”——脈沖激光測距法

脈沖激光(guang)具有(you)峰(feng)值(zhi)功(gong)率大的(de)特點，這(zhe)使它(ta)能夠在空間中傳播很(hen)長的(de)距(ju)離，所(suo)以脈沖激光(guang)測(ce)距(ju)法可(ke)以對很(hen)遠(yuan)的(de)目標(biao)進行(xing)測(ce)量(liang)。很(hen)遠(yuan)是(shi)有(you)多遠(yuan)呢？目前人類歷(li)史(shi)上最遠(yuan)的(de)激光(guang)測(ce)量(liang)距(ju)離是(shi)地(di)(di)(di)球和(he)月(yue)(yue)亮之(zhi)間的(de)距(ju)離，他(ta)們采用(yong)的(de)就是(shi)脈沖激光(guang)測(ce)距(ju)法。自2019年(nian)6月(yue)(yue)以來，我國天琴計(ji)劃(hua)團隊已(yi)經多次成功(gong)實現地(di)(di)(di)月(yue)(yue)距(ju)離的(de)測(ce)量(liang)，通(tong)過(guo)對脈沖飛行(xing)時(shi)間的(de)精確計(ji)時(shi)，得到地(di)(di)(di)月(yue)(yue)距(ju)離在351，000km到406，000km（橢圓軌道(dao)）之(zhi)間波動(dong)。

脈沖(chong)激光測距(ju)(ju)是一種發(fa)展(zhan)十(shi)分(fen)成熟的(de)測距(ju)(ju)體制，不僅可以用(yong)來(lai)對遠目(mu)標探測，還可以用(yong)在數公里甚至數十(shi)米(mi)測量(liang)場(chang)(chang)景下。目(mu)前(qian)的(de)汽車(che)自動駕駛中也大(da)多(duo)采用(yong)這(zhe)種方法，其(qi)測距(ju)(ju)精度可以達(da)到厘(li)米(mi)量(liang)級，這(zhe)對大(da)部分(fen)的(de)應用(yong)場(chang)(chang)景已(yi)經足夠。

2、“明察秋毫”的相位激光測距法

對那(nei)些對測距精度要求較高的(de)(de)(de)應用場景(jing)，如“空間交匯(hui)對接(jie)”中最(zui)后的(de)(de)(de)接(jie)近段(duan)等，厘米(mi)級的(de)(de)(de)測距精度已(yi)經不能滿足它們的(de)(de)(de)要求，這時(shi)候(hou)需要用相位激光測距的(de)(de)(de)方法(fa)來測量。

相(xiang)位激(ji)(ji)(ji)光(guang)測(ce)(ce)距(ju)(ju)發射的(de)(de)(de)(de)是經過了(le)調制的(de)(de)(de)(de)連續激(ji)(ji)(ji)光(guang)信(xin)號(hao)，通(tong)過測(ce)(ce)量回波信(xin)號(hao)與發射信(xin)號(hao)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)(de)相(xiang)位差來確定目標的(de)(de)(de)(de)距(ju)(ju)離。與脈沖激(ji)(ji)(ji)光(guang)測(ce)(ce)距(ju)(ju)相(xiang)比，相(xiang)位式激(ji)(ji)(ji)光(guang)測(ce)(ce)距(ju)(ju)法有更(geng)高的(de)(de)(de)(de)測(ce)(ce)距(ju)(ju)精(jing)度，其(qi)測(ce)(ce)距(ju)(ju)精(jing)度可以達到毫米(mi)級。但是由于相(xiang)位式測(ce)(ce)距(ju)(ju)發射的(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)(ji)光(guang)為(wei)連續波，這使得它的(de)(de)(de)(de)平均功率遠(yuan)低于脈沖激(ji)(ji)(ji)光(guang)的(de)(de)(de)(de)峰值功率，因(yin)而無(wu)法實現遠(yuan)距(ju)(ju)離目標的(de)(de)(de)(de)探測(ce)(ce)。我們生活中常用(yong)的(de)(de)(de)(de)手持式激(ji)(ji)(ji)光(guang)測(ce)(ce)距(ju)(ju)儀大多都是采用(yong)相(xiang)位激(ji)(ji)(ji)光(guang)測(ce)(ce)距(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)方法。

3、“追著你測”的調頻連續波激光測距法

如(ru)果(guo)目標(biao)是運動的(de)(de)(de)，除了距(ju)離，我們還(huan)想知道(dao)目標(biao)的(de)(de)(de)速度(du)(du)時(shi)，該怎么辦呢？隨(sui)著(zhu)航天技(ji)術的(de)(de)(de)發展(zhan)，保證航天器能夠安全的(de)(de)(de)軟著(zhu)陸(lu)成(cheng)為一個(ge)重要的(de)(de)(de)問題。單次(ci)(ci)脈沖激光測(ce)(ce)(ce)(ce)距(ju)和(he)相位測(ce)(ce)(ce)(ce)距(ju)法只(zhi)能獲得(de)目標(biao)的(de)(de)(de)距(ju)離信息(xi)，若要獲得(de)其速度(du)(du)至少(shao)需(xu)要兩次(ci)(ci)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)結果(guo)并結合兩次(ci)(ci)測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)的(de)(de)(de)時(shi)間間隔(ge)來(lai)計(ji)算。而這樣計(ji)算出來(lai)的(de)(de)(de)平均速度(du)(du)的(de)(de)(de)精(jing)(jing)度(du)(du)遠低于激光多普(pu)勒測(ce)(ce)(ce)(ce)速雷達的(de)(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)速精(jing)(jing)度(du)(du)。

調頻連續波激光測距(ju)方(fang)法可(ke)以(yi)解決這(zhe)個問(wen)題(ti)，它不僅可(ke)以(yi)測距(ju)，還可(ke)以(yi)測速(su)，因(yin)此(ci)可(ke)以(yi)應用于(yu)相對運動速(su)度較高的目(mu)標測距(ju)。