如何测量激光雷达之间的距离?

自动驾驶汽车传感器堆栈对激光雷达的需求导致 二零一六年至 二零一八 年间 OEM 的投资激增。70 多家公司获得了总计超过 10 亿美元的资金，用于将竞争性激光雷达方法推向市场。虽然这些技术赌注需要数年时间才能成熟为完整的产品，但供过于求已导致分析师和记者不断猜测谁将成为赢家和输家。

许多作者将光束扫描技术作为比较的主轴。给定的产品是机械和固态的，MEMS还是闪存？关注这一技术差异可能是早期市场推动者积极承诺提供超低成本固态扫描激光雷达的痕迹。这种对扫描技术的关注分散了对更基本问题的讨论：如何测量激光雷达之间的距离？它能测量速度吗？假设需要集成芯片组来实现汽车容量的可扩展性——一种方法比另一种方法有什么影响？

脉冲飞行时间或调幅“AM”激光雷达系统依赖于反向散射激光脉冲的直接检测。脉冲激光源具有不同的成本和性能。敏感光电探测器通过直接将反射光电功率转换为电信号来测量飞行时间。这种方法只对目标的距离敏感，而不是速度。它也受到动态范围有限的影响，通常需要调整接收器的增益。对于明亮的目标，增益将返回，对于黑暗的目标，增益将增加。最后，增益调整游戏将限制性能，并产生图像阴影。

调频连续波“FMCW”或“FM”激光雷达使用不同的方法来测量距离。频率调节是一种从现代雷达系统中学习的测量技术。范围信息不是直接测量脉冲飞行时间，而是在频域编码。激光信号产生频率的方法有很多，非常适合低成本光子集成。这些传感器中使用的连续接收器还有许多其他优点，包括抗干扰和高灵敏度。

FM激光雷达使用连续检测来检测接收到的光和激光（LO）测量背反射电场的光学组合。成本低，成本高，坚固可靠PIN在光电二极管上产生电信号。与方向检测相反，这些信号与接收到的电场和电场相反LO乘积比。由于激光雷达光电探测器的信号，相关激光雷达光电探测器的信号根据反向反射信号功率的平方根收缩。

在AM和FM光电探测器在激光雷达中生成分析的时间序列数据。AM在这种情况下，可以按时间顺序分析时间顺序，选择返回时间顺序“光点”作为距离测量FM在这种情况下，必须在测量时间序列中分析时间序列。存储数百个或数千个时域样本，然后通过快速傅里叶转换将其转换为频域。然后在频域搜索并返回“峰值”。

任何激光雷达传感器（FM或AM）当激光束与移动物体相互作用时，目标与传感器之间的径向运动会在反射光上产生多普勒频移。AM激光雷达的直接收器测量反射脉冲，但不知道波长的微小变化。然而，在这种情况下，在这种情况下。FM多普勒频移在激光雷达的连贯接收器中表现为反射信号和LO两者之间的可测频率差。因此，速度与点云中每个点的距离一起测量。因此，测量运动的微秒延迟更有信心。AM激光雷达系统在推断运动前必须处理多帧点云。推迟引入运动估计。

激光雷达BZX55C24的干扰效应包括太阳能或其他背景照明源，以及激光雷达对激光雷达的影响。虽然激光雷达对激光雷达的影响有争议，但激光雷达不能仅仅用于激光雷达“角落案例”它被忽略了。激光雷达应该总是在阳光下工作。然而，当暴露在阳光下时，探测器的噪音会影响直接检测到的激光雷达传感器。光学带滤波器提供了一些缓解措施，但窄带操作很难在广角和宽温范围内实现。有些阳光总是到达光电探测器。AM该系统设计了一种对光敏感的高增益光电探测器。这个问题突出了光电二极管的噪声范围。

在FM光电探测器可以到达系统。RF频率响应产生频率响应，从而提取测量值的距离和速度。连接过程可以在没有阳光直射的情况下实现稳定的性能。

太阳会严重限制相机和相机，尤其是日出或日落AM激光雷达的性能。这严重影响了自动驾驶汽车的安全。

散射噪声的有限性能是单光子敏感性。高选择性和高灵敏度允许远程性能和非常低的光发射功率。由于光功率高，甚至峰值功率高，对光子集成电路存在风险，可实现低功率功率FM芯片级集成激光雷达。脉冲激光雷达系统，特别是1550nm激光雷达系统有时使用大光发射功率来实现远程性能。该功率由昂贵的激光放大器产生，没有明显的芯片级效应。相比之下，FM半导体格式采用激光雷达发射光功率。

相干检测的“魔力”长期以来，它得到了国防部的认可。然而，在过去的几十年里，密集的信号处理将实际应用限制为昂贵的防御程序或缓慢的离线应用程序。所需的数据吞吐量和处理非常重要。然而，它被用于电信和雷达信号处理FPGA低成本的最新进展FM激光雷达可用于自动驾驶感知。

每一种激光雷达技术都面临着挑战。FM激光雷达的处理要求AM与系统硬件挑战相比，使用边界信号来处理需求。用软件增益代替硬件疼痛是一种强大的技术范式。