车载激光雷达核心性能参数及分类标准
    近年来，（智能）汽车的发展极大地推动了激光雷达产业的热度，目前国内外在激光雷达领域布局的公司越来越多。激光雷达是一种发射光束并接收回波获取目标三维信息的系统，已经有着几十年的应用历史。激光雷达系统复杂，应用场景多样，多种技术路线并存，因此，对激光雷达性能的评价不是一个简单的问题，尤其是一些参数容易混淆，如探测精度、探测准确度、探测分辨率、帧频和点频等。
    由于还没有统一的标准，不同厂家在宣传中选择的参数并不完全一样。实际上，并非所有的参数都是激光雷达的核心参数，还有一些参数之间存在较强的关联性。如果不能正确认识这些参数的含义、相互关系、决定因素，很可能被个别高性能指标所迷惑，而无法了解激光雷达的真实性能。
    本文选择车载激光雷达的关键性能参数，对这些参数的定义、计算方法、相互关系、决定因素等进行了梳理和归纳，可以帮助用户更好地使用激光雷达，对激光雷达的设计也有指导意义。
    车载激光雷达核心性能参数及分类
    对车载激光雷达的评价通常涉及到性能、可靠性以及应用等方面。用户关心的参数很多，包括：激光波长、探测距离、视场角（垂直+水平）、测距精度、角分辨率、出点数、线束、安全等级、输出参数、防护等级、功率、（供电）电压、激光发射方式、使用寿命等。但激光雷达功能上是一种距离测试系统，其核心性能应围绕测试的速度、测试的空间范围、测试分辨率、测试的准确度、测试的重复度几方面来评价。依据这个原则，通常认为激光雷达的核心性能参数有帧频、最大探测距离和最小探测距离、视场角、距离分辨率、水平角分辨率、垂直角分辨率、点频以及测距精度和测距准确度。
    根据现有激光测距仪相关标准查询，参数定义为： 重复频率：每秒钟完成的测距次数。 测距范围：在规定大气条件下，对规定目标达到规定的测距准确度时，能探测到的最远/近距离。 水平视场角：在水平方向上最大方位扫描角度θx。 垂直视场角：在垂直方向上最大方位扫描角度θγ。 距离分辨率：在光束传播方向上能够区分两个目标之间的最小距离间隔。 角分辨率：在测距范围内，对位于光束截面上相对光轴的两目标分辨的能力。 测距精度：所测得的目标距离值与实际距离值之间的偏差。
    测量准确度：达到规定测距精度的测距概率。
汽车雷达    参数间的关系及决定因素
    帧频与转速、扫描频率
    转速是车载激光雷达一个很直观的参数，对于（机械）旋转激光雷达，转速指的是（电机）旋转速度，通常用每秒或每分钟转的圈数来表示。即20 r/s 表示激光雷达的电机转速是每秒钟20 圈。
    激光雷达的帧频和扫描频率与转速相关，旋转一周扫描一次，扫描一次输出一帧点云。20 r/s 的转速对应的帧频和扫描频率都是20赫兹。
    激光雷达电机旋转速度越快，扫描速度越快，输出点云的速度也越快。
    激光雷达的最大和最小探测距离
    激光雷达的探测距离是最关键的性能参数。激光测距性能方程是激光测距系统设计的理论基础，用于估算激光测距系统的最大探测距离。如图所示，激光器发出的光功率为P0，光束经过（光学）系统和传输距离R，被光学系统和大气衰减之后到达目标物，再从目标反射光线到达接收光路。
   
    激光雷达内部光路
    到（探测器）的光功率为
   
    在公式中，目标物体的反射率被表示为ρ，发射和接收光学系统的透过率分别为（TE）和TR，窄带滤光片的透过率被记作（TF），大气衰减率被记录为σ，目标反射表面法线与光轴之间的夹角为β，接收机透镜孔径面积为AR，目标距离为R。
    根据公式的分析，我们可以得出激光测距系统的最大测程是受到外部测距条件和测距系统自身性能的双重影响。在激光测距系统的设计过程中，为了提高测程范围，必须采取一系列措施，如提升激光发射单元的发射功率、增加光学系统的透过率、增大接收单元的面积以及减小接收机的最小可探测功率PRmin。
    同时，ε和γ两个系数与光斑大小、目标物体的有效发射截面积Am、发射光束的远场发散角θt和接收视场角θr之间存在着一定的关联性。
   
    当目标物的有效发射截面积小于光斑面积时，发射光束的远场发散角会增大，导致光束发散速度加快，同时接收端接收到的光功率也会减小。因此，为了减小激光器的光束发散角和光斑大小，发射端需要通过准直整形进行优化。此外，除了最大探测距离之外，激光雷达内部发射光路与接收光路之间的距离也会导致探测盲区的产生。当探测距离低于最小探测距离时，激光雷达将无法探测到目标物。