FMCW被認為是LiDAR規(guī)則的改變者——但是這項技術(shù)真的有潛力改變這個行業(yè)嗎？FMCW是否已經(jīng)可以廣泛應(yīng)用于傳感器？為什么大多數(shù)激光雷達制造商更愿意繼續(xù)依賴飛行時間原理？     

無論是掃描、旋轉(zhuǎn)還是閃光技術(shù)，所有的激光雷達傳感器都有一個共同點：它們通過光束來探測周圍環(huán)境。但是測量距離的原理有所不同。其中兩個最著名的原理是飛行時間原理（ToF）和調(diào)頻連續(xù)波原理（FMCW）。

一、飛行時間原理：激光脈沖測距

飛行時間原理通過發(fā)射激光脈沖來測量傳感器到物體的距離。激光脈沖是指在短時間間隔內(nèi)一個接一個地發(fā)射多個準直光脈沖。它們被物體反射，并被探測器再次收集。計算發(fā)射激光脈沖和接收激光脈沖所需的時間，得到傳感器到物體的距離。

這一原理是最常用的測距方法。這種方法測量出來的數(shù)據(jù)可靠性很高。可以用廉價的激光源來實現(xiàn)。然而，ToF也有一些局限性。例如，為了探測到更遠的距離，激光準直超過最大值，由于人眼安全規(guī)定，高準直脈沖的發(fā)射功率受到嚴格限制。解決這一問題的方法有很多：例如，使用尺寸特別大的MEMS發(fā)射鏡（如虹科固態(tài)激光雷達中使用的MEMS反射鏡）定制化設(shè)計LiDAR傳感器。這樣也能使得采用飛行時間原理的傳感器能夠測量遠距離物體，因此，這仍然是許多激光雷達傳感器制造商的首選測量方法。

飛行時間原理

二、替代脈沖激光測距法：頻率調(diào)制

為了規(guī)避高峰值激光脈沖所帶來的挑戰(zhàn)，也可能發(fā)射連續(xù)激光束。通過頻率調(diào)制來測量到物體的距離。但是頻率調(diào)制是什么意思呢？也就是指，發(fā)射的激光束被反復(fù)調(diào)制和“啁啾”，信號的頻率一次又一次改變。激光束擊中一個物體，反射后光的頻率會發(fā)生改變，反射光返回到檢測器與發(fā)射時的頻率相比，根據(jù)兩頻率之間的差值，從而計算出物體的位置信息，且該值與距離成比例。如果這個物體在移動，結(jié)合多普勒效應(yīng)，可以計算出物體的運動速度。

FMCW原理

三、測量速度

飛行時間原理可以測量物體迎面而來的的速度，但不像FMCW那樣直接測量。ToF原理只能利用記錄的數(shù)據(jù)點來測量傳感器與物體之間的距離，因此物體的速度必須通過多次測量的結(jié)果來計算。發(fā)射多個脈沖，根據(jù)物體和傳感器之間的距離變化以及脈沖頻率變化可以計算出速度。

四、相干探測器與同軸傳感器設(shè)計

如果光是相干發(fā)射的，如在頻率調(diào)制中，它當然也必須被連續(xù)檢測到。FMCW使用相干探測器，因為只有特定發(fā)射的相干光需要過濾和記錄，所以這種探測器非常靈敏。靈敏度的提高也意味著數(shù)據(jù)不受其他光的影響。因此，F(xiàn)MCW具有良好的信噪比。并且即使是弱反射的物體也可以在更遠的距離被探測到。然而，飛行時間測量在這方面也不遜色。同軸設(shè)計使得只有以與發(fā)出光完全相同的角度返回探測器的激光脈沖才會被捕獲。通過這種設(shè)計，陽光和其他激光雷達傳感器的信號就被過濾掉了。

五、飛行時間原理仍然是一個比較可靠的測量技術(shù)

那么，調(diào)頻測量原理更好嗎？這種說法太籠統(tǒng)了。這兩種方法各有優(yōu)缺點。然而，飛行時間與FMCW相比，一個顯著優(yōu)勢是其發(fā)展成熟。飛行時間原理已成功應(yīng)用于激光雷達傳感器多年。而FMCW仍處于起步階段。這項技術(shù)很復(fù)雜，目前仍然非常昂貴，因為其對于激光源要求較高。對于汽車行業(yè)來說，激光雷達傳感器的價格整體來說較為昂貴，產(chǎn)業(yè)化是當前面臨的重要問題。因此，F(xiàn)MCW模塊必須要比ToF激光探測器模塊當前的價格便宜得多，F(xiàn)MCW原理才會得到更廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展，在單個芯片上集成FMCW是可能的，從長遠來看，非常具有吸引力。畢竟，除了價格之外，減小激光雷達體積尺寸是所有激光雷達制造商都在努力的方向。

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