一、激光雷達的性能指標有哪些

激光雷達的主要性能參數(shù)有激光的波長、探測距離、FOV（垂直 水平）、測距精度、角分辨率、出點數(shù)、線束、安全等級、輸出參數(shù)、IP防護等級、功率、供電電壓、激光發(fā)射方式（機械/固態(tài)）、使用壽命等。

1、激光的波長：目前市場上三維成像激光雷達最常用的波長是905nm和1550nm。1550nm波長LiDAR傳感器可以以更高的功率運行，以提高探測范圍，同時對于雨霧的穿透力更強。905nm的主要優(yōu)點是硅在該波長處吸收光子，而硅基光電探測器通常比探測1550nm光所需的銦鎵砷（InGaAs）近紅外探測器便宜。

2、安全等級：激光雷達的安全等級是否滿足Class1，需要考慮特定波長的激光產(chǎn)品在完全工作時間內(nèi)的激光輸出功率，即激光輻射的安全性是波長、輸出功率，和激光輻射時間的綜合作用的結(jié)果。

3、探測距離： 激光雷達的測距與目標的反射率相關(guān)。目標的反射率越高則測量的距離越遠，目標的反射率越低則測量的距離越近。因此在查看激光雷達的探測距離時要知道該測量距離是目標反射率為多少時的探測距離。

4、FOV：激光雷達的視場角有水平視場角和垂直視場角。如果是機械旋轉(zhuǎn)激光雷達，則其水平視場角為360度。

5、角分辨率：一個是垂直分辨率，另一個是水平分辨率。水平方向上做到高分辨率其實不難，因為水平方向上是由電機帶動的，所以水平分辨率可以做得很高。一般可以做到0.01度級別。垂直分辨率是與發(fā)射器幾何大小相關(guān)，也與其排布有關(guān)系，就是相鄰兩個發(fā)射器間隔做得越小，垂直分辨率也就會越小。垂直分辨率為0.1~1度的級別。

6、出點數(shù)：每秒激光雷達發(fā)射的激光點數(shù)。激光雷達的點數(shù)一般從幾萬點至幾十萬點每秒左右。

7、線束：多線激光雷達，就是通過多個激光發(fā)射器在垂直方向上的分布，通過電機的旋轉(zhuǎn)形成多條線束的掃描。多少線的激光雷達合適，主要是說多少線的激光雷達掃出來的物體能夠適合算法的需求。理論上講，當然是線束越多、越密，對環(huán)境描述就更加充分，這樣還可以降低算法的要求。常見的激光雷達的線束有：16線、32線、64線等。

8、輸出參數(shù)：障礙物的位置（三維）、速度（三維）、方向、時間戳（某些激光雷達有）、反射率

9、使用壽命：機械旋轉(zhuǎn)的激光雷達的使用壽命一般在幾千小時；固態(tài)激光雷達的使用壽命可高達10萬小時。

10、激光發(fā)射方式：傳統(tǒng)的采用機械旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)，機械旋轉(zhuǎn)容易導致磨損使得激光雷達的使用壽命有限。固態(tài)激光雷達主要由三類-Flash、MEMS、相控陣。Flash激光雷達只要有光源，就能用脈沖一次覆蓋整個視場。隨后再用飛行時間（ToF）方法接收相關(guān)數(shù)據(jù)并繪制出激光雷達周圍的目標。MEMS激光雷達其結(jié)構(gòu)相當簡單，只要一束激光和一塊反光鏡。具體來說，激光射向這塊類似陀螺一樣旋轉(zhuǎn)的反光鏡就行，反光鏡通過轉(zhuǎn)動，可以實現(xiàn)對激光方向的控制。相控陣激光雷達利用獨立天線同步形成的微陣列，相控陣可以向任何方向發(fā)送無線電波，完全省略了“旋轉(zhuǎn)”這一步驟，只需控制每個天線發(fā)送信號間的時機或陣列，就能控制信號射向特定位置。

二、激光雷達的測距方法有哪些

就像大家所熟知的那樣，路程=速度×時間，激光雷達的測距過程也離不開這個公式。在空間中，激光的飛行速度是已知的3×108m/s?，F(xiàn)有的激光雷達測距方法有很多種，除了直接測量激光脈沖飛行時間的方式，還可以通過對發(fā)射激光信號的幅度、頻率等參數(shù)進行調(diào)制來間接的獲取目標的距離信息。

利用激光雷達進行距離測量，針對不同的應(yīng)用場景，我們要對癥下藥。

1、“激光測距里的千里眼”——脈沖激光測距法

脈沖激光具有峰值功率大的特點，這使它能夠在空間中傳播很長的距離，所以脈沖激光測距法可以對很遠的目標進行測量。很遠是有多遠呢？目前人類歷史上最遠的激光測量距離是地球和月亮之間的距離，他們采用的就是脈沖激光測距法。自2019年6月以來，我國天琴計劃團隊已經(jīng)多次成功實現(xiàn)地月距離的測量，通過對脈沖飛行時間的精確計時，得到地月距離在351，000km到406，000km（橢圓軌道）之間波動。

脈沖激光測距是一種發(fā)展十分成熟的測距體制，不僅可以用來對遠目標探測，還可以用在數(shù)公里甚至數(shù)十米測量場景下。目前的汽車自動駕駛中也大多采用這種方法，其測距精度可以達到厘米量級，這對大部分的應(yīng)用場景已經(jīng)足夠。

2、“明察秋毫”的相位激光測距法

對那些對測距精度要求較高的應(yīng)用場景，如“空間交匯對接”中最后的接近段等，厘米級的測距精度已經(jīng)不能滿足它們的要求，這時候需要用相位激光測距的方法來測量。

相位激光測距發(fā)射的是經(jīng)過了調(diào)制的連續(xù)激光信號，通過測量回波信號與發(fā)射信號之間的相位差來確定目標的距離。與脈沖激光測距相比，相位式激光測距法有更高的測距精度，其測距精度可以達到毫米級。但是由于相位式測距發(fā)射的激光為連續(xù)波，這使得它的平均功率遠低于脈沖激光的峰值功率，因而無法實現(xiàn)遠距離目標的探測。我們生活中常用的手持式激光測距儀大多都是采用相位激光測距的方法。

3、“追著你測”的調(diào)頻連續(xù)波激光測距法

如果目標是運動的，除了距離，我們還想知道目標的速度時，該怎么辦呢？隨著航天技術(shù)的發(fā)展，保證航天器能夠安全的軟著陸成為一個重要的問題。單次脈沖激光測距和相位測距法只能獲得目標的距離信息，若要獲得其速度至少需要兩次測量結(jié)果并結(jié)合兩次測量的時間間隔來計算。而這樣計算出來的平均速度的精度遠低于激光多普勒測速雷達的測速精度。

調(diào)頻連續(xù)波激光測距方法可以解決這個問題，它不僅可以測距，還可以測速，因此可以應(yīng)用于相對運動速度較高的目標測距。