來源 | 光電資訊

激光雷達(dá)是一種通過發(fā)射激光束來檢測目標(biāo)位置，在進(jìn)行各種處理后獲得目標(biāo)信息的雷達(dá)裝置。激光雷達(dá)系統(tǒng)所采用的技術(shù)手段是光電探測技術(shù)，它是一種主動探測技術(shù)，能夠準(zhǔn)確、快速地獲取目標(biāo)的三維信息，并且具有良好的指向性，抗干擾性強，測距精度高。

直接表現(xiàn)激光雷達(dá)系統(tǒng)測距性能的是其中系統(tǒng)級指標(biāo)，測距能力反映在指標(biāo)上表現(xiàn)為max測程與測距精度。保證系統(tǒng)的發(fā)射機指標(biāo)與接收機指標(biāo)為保證測距系統(tǒng)的性能提供了基礎(chǔ)，探測概率與虛警率反映了測距系統(tǒng)的探測能力。

max測程由國家標(biāo)準(zhǔn) GJB2241A-2008《脈沖激光測距儀性能試驗方法》定義，是脈沖激光測距儀在規(guī)定的環(huán)境和準(zhǔn)測率等條件下，對規(guī)定目標(biāo)測距時能測到的max遠(yuǎn)距離。

max測程反映了脈沖激光雷達(dá)理論上的max測量范圍，是激光雷達(dá)測距系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)。由國家標(biāo)準(zhǔn)中的定義可知，max測程與測試環(huán)境密切相關(guān)。

脈沖激光測距儀出射的激光脈沖在大氣中傳輸，由于大氣對光具有散射、吸收、折射等作用，激光脈沖能量在傳輸過程中受到衰減，影響激光雷達(dá)接收系統(tǒng)接收到的回波脈沖的功率。

傳輸距離越遠(yuǎn)，衰減越嚴(yán)重，接收的激光回波功率越弱，直到接收系統(tǒng)接收不到回波信號，無法獲得測程。因此max測程與回波功率有關(guān)。

激光回波功率與激光雷達(dá)作用距離有關(guān)，設(shè)大氣單程總透過率為；R為激光雷達(dá)系統(tǒng)與目標(biāo)表面間的距離即測程；為激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)的光透過率；為激光雷達(dá)系統(tǒng)接收光學(xué)系統(tǒng)的光透過率；為接收機對目標(biāo)表面反射回波的有效接收面積；為目標(biāo)的反射率；為激光雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射功率，為激光發(fā)射光束的發(fā)散角，需要確保接收視場角在激光發(fā)散角內(nèi)，以確保接收系統(tǒng)能夠接收回波信號。

激光回波功率與測程R之間的關(guān)系式為：

由上式可得，當(dāng)測程在不斷增加時，接收系統(tǒng)接收的激光回波功率在減小，直至無法探測到回波，此時的回波功率是激光雷達(dá)系統(tǒng)探測能力的臨界點，

稱為激光雷達(dá)系統(tǒng)的min可探測功率，對應(yīng)測程即為max測程。當(dāng)激光雷達(dá)系統(tǒng)確定后，發(fā)射系統(tǒng)的激光器也隨著確定，其發(fā)射脈沖的功率是被標(biāo)定的。

測距精度在國家標(biāo)準(zhǔn) GJB2241A-2008 中也有定義，為脈沖激光測距儀進(jìn)行測距時能夠達(dá)到的min分辨距離。

脈沖激光雷達(dá)測距是利用激光主回波之間的飛行時間，利用下面的公式測量出激光傳輸距離的。R表示待測距離，C表示光速，表示光脈沖在測線上往返傳輸所需要的時間，即認(rèn)為這段時間內(nèi)激光傳輸了兩倍距離值。

在同一測距條件下，激光脈沖的不穩(wěn)定性會引起主波取樣時刻與回波觸發(fā)點時間變化，從而帶來測距誤差，測距精度就是通常意義上的測距誤差。脈沖激光雷達(dá)系統(tǒng)的測距精度與測距信號的信噪比相關(guān)，具體表現(xiàn)為信噪比越高，測距精度也就越高。

對于一具確定的激光雷達(dá)系統(tǒng)而言，其測距能力是確定的，測距精度的誤差就可以采取測試標(biāo)校的方案予以修正，為了測試并標(biāo)定激光雷達(dá)系統(tǒng)的測距精度，需要使用不同的邏輯組合進(jìn)行多次測量，用實際測試距離值與仿真距離值比較，解算測距精度。

具體用公式表示如下：

在上面的這個公式中，為仿真距離值，為實際測試距離值。在使用光電-電光轉(zhuǎn)換法的測試方法中，脈沖激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的激光脈沖在測試系統(tǒng)中使用其走過的光程來模擬激光雷達(dá)系統(tǒng)與測得的目標(biāo)地表之間的距離，通過光衰減、電延時等途徑實現(xiàn)對真實目標(biāo)反射回波的模擬。

通過對光程值的調(diào)整即可實現(xiàn)對測試距離的調(diào)整。激光雷達(dá)測距系統(tǒng)的精度通過多次測量之后，求取統(tǒng)計值得到。

仿真距離的精度應(yīng)遠(yuǎn)高于激光雷達(dá)測距系統(tǒng)的測距精度，如此才能對需要測試標(biāo)定的激光雷達(dá)系統(tǒng)的測距精度進(jìn)行準(zhǔn)確的評判。

如果被測激光雷達(dá)測距系統(tǒng)的測距精度為1m，仿真距離值的距離分辨率應(yīng)具有 cm 級乃至 mm 級的距離分辨率，遠(yuǎn)高于 m 級。

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