激光雷達(dá)的測(cè)距方案有哪些？

目前，L4及L5級(jí)的無(wú)人駕駛廣泛采用激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)與視覺(jué)傳感器兼具的綜合解決方案，以達(dá)到安全冗余的目的。三種感知傳感器各有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，其中激光雷達(dá)具有探測(cè)距離遠(yuǎn)、探測(cè)精度高、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，相對(duì)于毫米波傳感器，激光雷達(dá)又具有高分辨率、對(duì)目標(biāo)形狀材質(zhì)不敏感等優(yōu)點(diǎn)。因此，激光雷達(dá)也被認(rèn)為是無(wú)人駕駛所必須的傳感器器件。

L4、L5 級(jí)的無(wú)人駕駛系統(tǒng)通常要求配備的激光雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、大視場(chǎng)的探測(cè)，以保證車輛的環(huán)境感知系統(tǒng)在車輛高速運(yùn)轉(zhuǎn)下仍能保持精準(zhǔn)探測(cè)，保證駕駛安全，同時(shí)還要求其能夠通過(guò) TS16949 車規(guī)以及人眼安全認(rèn)證，這樣才具有裝備在量產(chǎn)車輛的價(jià)值。

因此，車載激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)研發(fā)基本圍繞著這一目標(biāo)展開(kāi)。

車載激光雷達(dá)通常由測(cè)距模塊和掃描模塊兩部分組成，相對(duì)應(yīng)的技術(shù)路線也有多種。

激光雷達(dá)測(cè)距技術(shù)選型：

目前，主流的測(cè)距原理有三種，包括：三角測(cè)距法、PTOF測(cè)距法以及AMCW（調(diào)幅連續(xù)波）測(cè)距法。

三角法

三角法即根據(jù)三角幾何原理，將一束光源打在被測(cè)物體上，通過(guò)測(cè)量反射光在面陣或線陣探測(cè)器中的成像位置來(lái)計(jì)算被測(cè)物距離，原理圖如下所示：

三角法的優(yōu)點(diǎn)非常突出，原理簡(jiǎn)單、成本低廉，只需要普通的激光發(fā)射器和線陣 CCD 探測(cè)器即可實(shí)現(xiàn)測(cè)距，且在近距離下，探測(cè)精度較高。因此此類傳感器通常在掃地機(jī)器人上有大量的應(yīng)用。 此外，像雙目視覺(jué)、結(jié)構(gòu)光測(cè)距等，都可以歸納為三角法測(cè)距原理。

由于三角法在遠(yuǎn)距離探測(cè)時(shí)，探測(cè)誤差會(huì)呈幾何量級(jí)增長(zhǎng)，并且在陽(yáng)光直射的情況下，反射光斑通常會(huì)淹沒(méi)在太陽(yáng)光中，導(dǎo)致探測(cè)器無(wú)法提取反射光斑，導(dǎo)致儀器失效。這是三角法的在遠(yuǎn)距離探測(cè)過(guò)程中的致命缺陷。

PTOF測(cè)距法

PTOF的核心原理是對(duì)探測(cè)物體打一束時(shí)間極短的激光，通過(guò)直接測(cè)量激光發(fā)射、打到探測(cè)物體再返回到探測(cè)器的飛行時(shí)間，來(lái)反推探測(cè)器到被測(cè)物的距離。

由于光的飛行速度極快，因此該方案需要一個(gè)非常精細(xì)的時(shí)鐘電路（通常是 ps 級(jí)，1 ps=10^-3 ns）和脈寬極窄的激光發(fā)射電路（通常是 ns 級(jí)），因此開(kāi)發(fā)難度和門檻較高，但一般采用 PTOF 原理的激光雷達(dá)通常都能達(dá)到百米級(jí)別的探測(cè)距離。

AMCW（調(diào)幅連續(xù)波）測(cè)距法

光的飛行時(shí)間極快，直接測(cè)量光子飛行時(shí)間難度較大，可否通過(guò)一些間接的方式獲取光的飛行時(shí)間？比較典型的方法就是AMCW。

AMCW通過(guò)將光波的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制（如正弦波或三角波等），使光波在投射到物體后返回探測(cè)器的過(guò)程中在光強(qiáng)波形上形成一個(gè)相位差，那么通過(guò)測(cè)量相位差，就可以間接獲取光的飛行時(shí)間，從而反推飛行距離。

通常測(cè)量相位差要比直接測(cè)量飛行時(shí)間更容易，開(kāi)發(fā)也更容易，因此基于 AMCW 的激光雷達(dá)成本要比PTOF 雷達(dá)稍低，而且其獨(dú)特的探測(cè)方式比較方便實(shí)現(xiàn)固態(tài)面陣 FLASH 掃描。和 PTOF不同的是，由于 AMCW 采用連續(xù)光波調(diào)制，所以在遠(yuǎn)距離探測(cè)時(shí)需要較大的光功率，尤其在百米級(jí)探測(cè)距離下，存在人眼安全隱患，這顯然是無(wú)法通過(guò)車規(guī)的。