激光雷达的测距方案有哪些？

目前，L4及L5级的无人驾驶广泛采用激光雷达、毫米波雷达与视觉传感器兼具的综合解决方案，以达到安全冗余的目的。三种感知传感器各有其独特的优点，其中激光雷达具有探测距离远、探测精度高、可靠性强等特点，相对于毫米波传感器，激光雷达又具有高分辨率、对目标形状材质不敏感等优点。因此，激光雷达也被认为是无人驾驶所必须的传感器器件。

L4、L5 级的无人驾驶系统通常要求配备的激光雷达能够实现远距离、大视场的探测，以保证车辆的环境感知系统在车辆高速运转下仍能保持精准探测，保证驾驶安全，同时还要求其能够通过 TS16949 车规以及人眼安全认证，这样才具有装备在量产车辆的价值。

因此，车载激光雷达的设计研发基本围绕着这一目标展开。

车载激光雷达通常由测距模块和扫描模块两部分组成，相对应的技术路线也有多种。

激光雷达测距技术选型：

目前，主流的测距原理有三种，包括：三角测距法、PTOF测距法以及AMCW（调幅连续波）测距法。

三角法

三角法即根据三角几何原理，将一束光源打在被测物体上，通过测量反射光在面阵或线阵探测器中的成像位置来计算被测物距离，原理图如下所示：

三角法的优点非常突出，原理简单、成本低廉，只需要普通的激光发射器和线阵 CCD 探测器即可实现测距，且在近距离下，探测精度较高。因此此类传感器通常在扫地机器人上有大量的应用。 此外，像双目视觉、结构光测距等，都可以归纳为三角法测距原理。

由于三角法在远距离探测时，探测误差会呈几何量级增长，并且在阳光直射的情况下，反射光斑通常会淹没在太阳光中，导致探测器无法提取反射光斑，导致仪器失效。这是三角法的在远距离探测过程中的致命缺陷。

PTOF测距法

PTOF的核心原理是对探测物体打一束时间极短的激光，通过直接测量激光发射、打到探测物体再返回到探测器的飞行时间，来反推探测器到被测物的距离。

由于光的飞行速度极快，因此该方案需要一个非常精细的时钟电路（通常是 ps 级，1 ps=10^-3 ns）和脉宽极窄的激光发射电路（通常是 ns 级），因此开发难度和门槛较高，但一般采用 PTOF 原理的激光雷达通常都能达到百米级别的探测距离。

AMCW（调幅连续波）测距法

光的飞行时间极快，直接测量光子飞行时间难度较大，可否通过一些间接的方式获取光的飞行时间？比较典型的方法就是AMCW。

AMCW通过将光波的强度进行调制（如正弦波或三角波等），使光波在投射到物体后返回探测器的过程中在光强波形上形成一个相位差，那么通过测量相位差，就可以间接获取光的飞行时间，从而反推飞行距离。

通常测量相位差要比直接测量飞行时间更容易，开发也更容易，因此基于 AMCW 的激光雷达成本要比PTOF 雷达稍低，而且其独特的探测方式比较方便实现固态面阵 FLASH 扫描。和 PTOF不同的是，由于 AMCW 采用连续光波调制，所以在远距离探测时需要较大的光功率，尤其在百米级探测距离下，存在人眼安全隐患，这显然是无法通过车规的。