如何选用汽车LiDAR的激光器和光电探测器？

　　大气衰减(在所有的天气条件下)，从空气中粒子的散射，以及目标物理表面的反射，都是依赖于波长的。但对于汽车LiDAR来说，由于天气条件和反射表面类型可能性众多，这是一个复杂的问题。在现实的环境中，由于1550 nm的吸水率比905 nm的更强，其实905 nm的光损失更少。

　　光电探测器的选择

　　发射的脉冲中只有小部分光子到达了光电探测器的有源区域。若大气衰减不会随着脉冲路径发生变化，则激光的光束发散角可忽略不计，照明点小于目标，入射角度为零，反射为完全漫反射(Lambertian)，那么脉冲光接收的峰值功率P(R)为：

　　其中，P0为发射激光脉冲的光峰值功率， ρ 为目标反射率，A0为接收器的孔径面积，η0为探测光的光谱透射，γ为大气衰减系数。

　　上述方程表明，随着距离 R的增加，接收功率迅速降低。作为参数及R=100 m的合理选择，光电探测器有源区域上返回的光子数近超过典型值(发射1020次)，为其几百到几千倍的数量级。而这些光子会与未携带有用信息的环境光子竞争。

　　使用窄带滤波器可减少到达探测器的环境光子数量，但却不能完全消除。环境可降低检测的动态范围和增加噪声(环境光子散粒噪声)。值得注意的是，在典型的条件下，地面太阳辐射照度在905 nm到1550 nm区间。

　　图2 飞行时间(ToF)LiDAR基本设置的详解

　　在汽车周围的创建360° x 20°的3D地图，需要光栅扫描单个/多个激光光束，或对场景进行光覆盖并收集点云数据。前一种方法被称为扫描式LiDAR，而后者是Flash面阵式LiDAR。

　　有几种方法可以实现扫描式LiDAR。第一种方法，以Velodyne(San Jose，CA)公司为例，安装在车顶的激光雷达平台以每分钟300~900转的速度旋转，同时从64颗905 nm激光二极管发出脉冲。每个光束都有一颗专用雪崩光电二极管(APD)检测器。类似的方法是使用旋转多面镜，在不同方位和下倾角度，以略微不同的倾斜角度来控制单束脉冲。在恶劣且复杂的驾驶环境中，这两个设计中的运动部件都暗藏着失败的风险。

　　第二种方法，使扫描式LiDAR变得更紧凑的方法是使用MEMS微镜，在2D方向上以电控制光束。虽然技术上仍存在一些运动部件(微镜也有振动)，但振动幅度很小，且频率足够高，还可防止MEMS微镜与汽车之间的机械共振。然而，MEMS微镜的几何尺寸限制了其振荡幅度，因此采用MEMS微镜的LiDAR视野有限，这是MEMS方法的缺点。尽管如此，由于此种方法成本低、技术成熟，还是赚足了眼球。