鐳射雷達的測距方案有哪些？ - 知乎

皮蛋皮.css-1cd9gw4{margin-left:.3em;}2022-01-06 18:08:36

目前，L4及L5級的無人駕駛廣泛採用鐳射雷達、毫米波雷達與視覺感測器兼具的綜合解決方案，以達到安全冗餘的目的。三種感知感測器各有其獨特的優點，其中鐳射雷達具有探測距離遠、探測精度高、可靠性強等特點，相對於毫米波感測器，鐳射雷達又具有高解析度、對目標形狀材質不敏感等優點。因此，鐳射雷達也被認為是無人駕駛所必須的感測器器件。

L4、L5 級的無人駕駛系統通常要求配備的鐳射雷達能夠實現遠距離、大視場的探測，以保證車輛的環境感知系統在車輛高速運轉下仍能保持精準探測，保證駕駛安全，同時還要求其能夠透過 TS16949 車規以及人眼安全認證，這樣才具有裝備在量產車輛的價值。

因此，車載鐳射雷達的設計研發基本圍繞著這一目標展開。

車載鐳射雷達通常由測距模組和掃描模組兩部分組成，相對應的技術路線也有多種。

鐳射雷達測距技術選型：

目前，主流的測距原理有三種，包括：三角測距法、PTOF測距法以及AMCW（調幅連續波）測距法。

三角法

三角法即根據三角幾何原理，將一束光源打在被測物體上，透過測量反射光在面陣或線陣探測器中的成像位置來計算被測物距離，原理圖如下所示：

三角法的優點非常突出，原理簡單、成本低廉，只需要普通的鐳射發射器和線陣 CCD 探測器即可實現測距，且在近距離下，探測精度較高。因此此類感測器通常在掃地機器人上有大量的應用。 此外，像雙目視覺、結構光測距等，都可以歸納為三角法測距原理。

由於三角法在遠距離探測時，探測誤差會呈幾何量級增長，並且在陽光直射的情況下，反射光斑通常會淹沒在太陽光中，導致探測器無法提取反射光斑，導致儀器失效。這是三角法的在遠距離探測過程中的致命缺陷。

PTOF測距法

PTOF的核心原理是對探測物體打一束時間極短的鐳射，透過直接測量鐳射發射、打到探測物體再返回到探測器的飛行時間，來反推探測器到被測物的距離。

由於光的飛行速度極快，因此該方案需要一個非常精細的時鐘電路（通常是 ps 級，1 ps=10^-3 ns）和脈寬極窄的鐳射發射電路（通常是 ns 級），因此開發難度和門檻較高，但一般採用 PTOF 原理的鐳射雷達通常都能達到百米級別的探測距離。

AMCW（調幅連續波）測距法

光的飛行時間極快，直接測量光子飛行時間難度較大，可否透過一些間接的方式獲取光的飛行時間？比較典型的方法就是AMCW。

AMCW透過將光波的強度進行調製（如正弦波或三角波等），使光波在投射到物體後返回探測器的過程中在光強波形上形成一個相位差，那麼透過測量相位差，就可以間接獲取光的飛行時間，從而反推飛行距離。

通常測量相位差要比直接測量飛行時間更容易，開發也更容易，因此基於 AMCW 的鐳射雷達成本要比PTOF 雷達稍低，而且其獨特的探測方式比較方便實現固態面陣 FLASH 掃描。和 PTOF不同的是，由於 AMCW 採用連續光波調製，所以在遠距離探測時需要較大的光功率，尤其在百米級探測距離下，存在人眼安全隱患，這顯然是無法透過車規的。

三種測距方案各具優缺點，我們將車載鐳射雷達需具備的5個核心能力作為選型的維度對上述上述三種測距方法進行了總結對比：

依據上表，我們可以清晰地看到，PTOF測距在L4/L5級別的無人駕駛車輛中的應用將具有更高的可操作性。