第一章 介绍激光雷达
第二章 脉冲激光雷达
第三章 FMCW激光雷达
第四章 AMCW 激光雷达
第五章 自动驾驶激光雷达的安全问题

"High Level"的LiDAR工作过程很简单，就是每秒测距百万次。Velodyne公司¹描述简洁明了，我翻译截图如上，虽然是脉冲型LiDAR解释工作过程，但其他类型LiDAR（除FLASH LiDAR外) 工作过程也差不多。

根据目前市场上的激光雷达光束控制电路或光束扫描结构一般分为机械旋转型、半机械旋转型(如MEMS、棱镜)，纯固态(如OPA、FLASH、FPSA³）。

例如上图是我用过的LiDAR，其中VLP-16和RS-16是机械旋转，RS-M1是MEMS。纯固态LiDAR虽然velodyne和quanergy官官网介绍，目前中国的小鹏和华为极狐也配备了，但个人用户似乎没有购买渠道。

根据扫描结构进行分类是自然和直观的，但只知道这种分类方法是正确的LiDAR理解不够全面。为了帮助读者更深入地了解激光雷达的工作原理，本系列是基于LiDAR的测距原理及激光波形来分类，将LiDAR分为脉冲型（pulsed），调频连续波（FMCW），调幅连续波（AMCW)。

在LiDAR在选择和设计时，我们需要注意LiDAR参数包括测距量程、轴向精度、分辨率和视角。

最大测距范围通常受发射功率和接收器灵敏度的限制。为了确保人眼的安全，最大发射功率有一个限制。在工业上，工作范围可以通过减少光束发散角及其旁瓣来提高。
在FMCW在激光雷达类型中，激光束的相位噪声也会限制范围。
在所有激光雷达类型中，较大的接收孔径可以增加收集的光功率，然后增加范围。

测距精度通常是指测量固定距离目标多个距离的标准差(记为${\delta }_R$)。

在文献⁴在中间，特别引出了距离分辨率（range resolution，记为$\delta R$）并强调不要混淆测距精度和距离分辨率。距离分辨率是指LiDAR区分轴向多个相似空间物体的能力。距离分辨率可以用以下公式表示：
δ R = c 2 B δ{R}=\frac{c}{2B} δR=span class="strut" style="height: 1.79356em; vertical-align: -0.686em;">2Bc​
其中$c$是光速，$B$是光波“携带信息”的带宽（原话是$B$ is the bandwidth of the information they carry）。射频信号的带宽往往是MHz百级别，所以能达到厘米级的分辨率；而光波信号的带宽大得多，能够达到微米级的分辨率。
虽然测距精度和距离分辨率是两个概念，但他们之间也存在关系。
文献中用如下式子表示：
$${\delta }_R^2\propto \frac{\delta R^2}{SNR}$$
其中$SNR$是接收到的信号的信噪比。

按我的理解以及工程实践，距离分辨率是一个理论概念，距离误差是一个工程统计上的概念。带宽$B$可以等效为信号处理电路的采样率，采样率越高，距离分辨率也就越高。信噪比越高，测距也能越准。

机械旋转式LiDAR的视场角（FoV，Fied of View）往往是水平角*竖直角 = 360° * X 其中X和竖直方向的激光线束排布有关。由于LiDAR的扫描周期是固定的，水平方向的分辨率与LiDAR的转速有关，转速越快则水平分辨率越低。竖直方向的分辨率则是出厂设定好的。
半固态和固态相机的FoV和分辨率一般出厂就设定好了，无法人为更改。

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在书写过程中，发现LiDAR虽然依然还是一个新兴产业，但其结构及工作原理有比较清晰的发展脉络可以总结。尤其是工作原理的部分，得益于Radar的发展，LiDAR能够借鉴Radar中的许多信号调制技术，包括脉冲、AMCW和FMCW，在下面几篇文章中，我介绍这些技术。