激光雷達(dá)的測距方案有哪些？

目前，L4及L5級的無人駕駛廣泛采用激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)與視覺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)具有探測距離遠(yuǎn)、探測精度高、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，相對于毫米波傳感器，激光雷達(dá)又具有高分辨率、對目標(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)為是無人駕駛所必須的傳感器器件。

L4、L5 級的無人駕駛系統(tǒng)通常要求配備的激光雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離、大視場的探測，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，保證駕駛安全，同時還要求其能夠通過 TS16949 車規(guī)以及人眼安全認(rèn)證，這樣才具有裝備在量產(chǎn)車輛的價值。

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

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

激光雷達(dá)測距技術(shù)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(diào)幅連續(xù)波）測距法。

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物體上，通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(yōu)點(diǎn)非常突出，原理簡單、成本低廉，只需要普通的激光發(fā)射器和線陣 CCD 探測器即可實(shí)現(xiàn)測距，且在近距離下，探測精度較高。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、結(jié)構(gòu)光測距等，都可以歸納為三角法測距原理。

由于三角法在遠(yuǎn)距離探測時，探測誤差會呈幾何量級增長，并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(dǎo)致探測器無法提取反射光斑，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激光，通過直接測量激光發(fā)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。

由于光的飛行速度極快，因此該方案需要一個非常精細(xì)的時鐘電路（通常是 ps 級，1 ps=10^-3 ns）和脈寬極窄的激光發(fā)射電路（通常是 ns 級），因此開發(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)到百米級別的探測距離。

AMCW（調(diào)幅連續(xù)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，可否通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通過將光波的強(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器的過程中在光強(qiáng)波形上形成一個相位差，那么通過測量相位差，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(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，這顯然是無法通過車規(guī)的。