如何不受ToF限制 - 一文看懂汽车激光源和光电探测器的选择

如何不受ToF限制

由于探测电子返回脉冲和带宽较宽的弱点，ToF LiDAR易受噪声影响，而阈值触发可引起测量误差Δt。基于这些原因，调频连续波（FMCW）LiDAR是一种有趣的选择。

在FMCW LiDAR（或chirped 雷达）中，天线连续发射的无线电波频率是调制的，例如其频率随着时间T从f0到 fmax线性增加，然后再随着时间T从 fmax到f0线性减少。如果反射波从某处的移动物体回到发射点，其瞬时频率将与发射瞬间的频率不同。差异来自有两个方面：一是与物体间的距离，二是其相对径向速度。因此可通过电子测量频率差异，并计算物体的距离和速度（见图3）来确定。

图3 在chirped 雷达中，通过电子测量 fB1 和fB2 ，可以确定反射物体的距离和它的径向速度

受到chirped 雷达的启发，FMCW LiDAR可用不同的方式接近被测物体。在最简单的设计中，可以对照亮目标的光束强度进行“啁啾chirp”（宽带线性调频）调制。该频率与FMCW雷达的载波频率遵守相同的规律（如多普勒效应）。反射回来的光被光电探测器检测到，然后恢复其调制频率。输出被放大，并与本机振荡器混合，以允许测量频率的变化，同时由此计算出目标的距离和速度。

但是FMCW LiDAR也有其局限性。与ToF LiDAR相比，它需要更强大的计算能力。因此，FMCW LiDAR在生成完整3D环境视图时，速度要慢一些。此外，测量的精度对啁啾斜线的线性度非常敏感。

尽管设计一套功能完善的LiDAR系统是非常有挑战性的，但这些挑战均是可克服的。随着研究的深入，我们正越来越接近“大部分汽车完成装配后就可以实现完全自动驾驶”的时代。