來源 | 光電資訊

激光雷達是一種通過發射激光束來檢測目標位置，在進行各種處理后獲得目標信息的雷達裝置。激光雷達系統所采用的技術手段是光電探測技術，它是一種主動探測技術，能夠準確、快速地獲取目標的三維信息，并且具有良好的指向性，抗干擾性強，測距精度高。

直接表現激光雷達系統測距性能的是其中系統級指標，測距能力反映在指標上表現為max測程與測距精度。保證系統的發射機指標與接收機指標為保證測距系統的性能提供了基礎，探測概率與虛警率反映了測距系統的探測能力。

max測程由國家標準 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定的環境和準測率等條件下，對規定目標測距時能測到的max遠距離。

max測程反映了脈沖激光雷達理論上的max測量范圍，是激光雷達測距系統的重要性能指標。由國家標準中的定義可知，max測程與測試環境密切相關。

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，影響激光雷達接收系統接收到的回波脈沖的功率。

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

激光回波功率與激光雷達作用距離有關，設大氣單程總透過率為；R為激光雷達系統與目標表面間的距離即測程；為激光雷達系統發射光學系統的光透過率；為激光雷達系統接收光學系統的光透過率；為接收機對目標表面反射回波的有效接收面積；為目標的反射率；為激光雷達系統的發射功率，為激光發射光束的發散角，需要確保接收視場角在激光發散角內，以確保接收系統能夠接收回波信號。

激光回波功率與測程R之間的關系式為：

由上式可得，當測程在不斷增加時，接收系統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系統探測能力的臨界點，

稱為激光雷達系統的min可探測功率，對應測程即為max測程。當激光雷達系統確定后，發射系統的激光器也隨著確定，其發射脈沖的功率是被標定的。

測距精度在國家標準 GJB2241A-2008 中也有定義，為脈沖激光測距儀進行測距時能夠達到的min分辨距離。

脈沖激光雷達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，即認為這段時間內激光傳輸了兩倍距離值。

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

對于一具確定的激光雷達系統而言，其測距能力是確定的，測距精度的誤差就可以采取測試標校的方案予以修正，為了測試并標定激光雷達系統的測距精度，需要使用不同的邏輯組合進行多次測量，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-電光轉換法的測試方法中，脈沖激光雷達發射系統發射的激光脈沖在測試系統中使用其走過的光程來模擬激光雷達系統與測得的目標地表之間的距離，通過光衰減、電延時等途徑實現對真實目標反射回波的模擬。

通過對光程值的調整即可實現對測試距離的調整。激光雷達測距系統的精度通過多次測量之后，求取統計值得到。

仿真距離的精度應遠高于激光雷達測距系統的測距精度，如此才能對需要測試標定的激光雷達系統的測距精度進行準確的評判。

如果被測激光雷達測距系統的測距精度為1m，仿真距離值的距離分辨率應具有 cm 級乃至 mm 級的距離分辨率，遠高于 m 級。

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