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激光雷达用激光器

FMCW 激光雷达 ：

自动驾驶汽车的另一种新选择

文/Jeff Hecht

在 自动驾驶汽车发展的初期， 时间脉冲激光仍然是行业的领导者， 程中测量反射光的角度以测量物体的
设计工程师选择了 905nm
位置。然而，测量朝向激光雷达的速
但它们仍然可能无法满足实现真正汽
发射的脉冲激光雷达系统， 车自主的严格要求。 度需要发射多个脉冲，并将脉冲之间
因为这些系统可以在市场上买到，直 现在，相干激光雷达正在进入 的距离变化除以脉冲之间的间隔。这
接便可插入测试车辆中使用。然而， 汽车应用领域。领先的方法是频率调 个时间在充满了移动车辆的环境中合
当前的 905nm 脉冲激光雷达也具有 制连续波（FMCW）激光雷达，这是 乎情理。
一些重要的限制 ：机械扫描的高成 廉价 FMCW 相干微波雷达的光学版 相干激光雷达通过将从物体反
本、容易受到太阳眩光和其他光源的 本，现在用作某些汽车的安全附件。 射回来的光，与来自相干激光发射器
干扰，以及将激光雷达范围限制在 连续波操作避免了限制当前脉冲激光 的光混合来定位物体。物体朝向或远
60-100m 的人眼安全功率限制。转换 雷达范围的高峰值功率的人眼危害。 离激光雷达的运动多普勒频移返回信
到视网膜安全的 1550nm 波段，允许 相干探测也比直接探测灵敏得多，并 号，因此将其与本地振荡器信号混合，
脉冲功率足够高，范围从 200~300m， 且能提供更好的性能，包括单脉冲速 可以通过单次观察直接测量视线中的
固态扫描的进步可以降低成本。飞行 度测量，以及免受太阳眩光和其他光 速度。与脉冲激光雷达一样，返回信
源（包括其他汽车使用的 号的角度测量物体相对发射器的方
光频调制啁啾激光输出 (FMCW) 激光雷达脉冲的
往返时间 激光雷达）的干扰。然而， 向。分析通过将激光雷达返回与输出
啁啾
光频率 FMCW 激光雷达面临严峻 信号混合产生的中频测量物体距离，
的挑战。 并将其与方向和速度相结合，给出
时间
三维位置和速度。美国 Blackmore 公
脉冲和相干激光雷达 司联合创始人兼首席技术官 Stephen
激光雷达光束扫描物体， 脉冲激光雷达是简单 Crouch 说 ：“相干探测允许多得多的
光被反射 光束扫描 物体
的飞行时间测距系统。它 信号处理，完成更有趣的任务。”
仅在激光 们通过记录短脉冲发射和 FMCW 激光雷达通过反复线性
FMCW 输出 雷达光束扫描
激光 物体时返回 接收到反射光之间的时间 啁啾连续激光束的频率来测量距离
雷达 接收器 来测量距离，并且在此过 （见图 1）。通常，啁啾上升的时间长

于光到达物体的时间，然后物
本地振荡器
图1：FMCW激光雷达的输出激 体在扫描完成时反射光束。当
光束在频率中反复啁啾（上插图），
将返回信号 + 多普勒 每次扫描的时间短于激光到物体往返 返回信号与本地振荡器混合时，
与本地振荡 频移 所需的时间（中插图）。连续光束在 相干探测器混合信号并测量差
器混合 返回信号 视场内扫描，一小部分返回到接收
器，与来自激光发射器的光混合，如
下插图所示。 频，给出当反射光往返期间频
率改变了多少。将该间隔乘以

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