激光雷達(dá)的定義：

激光雷達(dá)是一種利用激光作為探測光源，通過發(fā)射、接收并分析激光與目標(biāo)物相互作用后返回的信號，以獲取目標(biāo)距離、速度、形狀、紋理等信息的主動遙感技術(shù)。其工作原理基于激光測距和多普勒效應(yīng)，通過精確測量激光脈沖往返時間（TimeofFlight, ToF）或相位差，結(jié)合激光波長和光速，計(jì)算目標(biāo)的距離；通過分析返回信號的多普勒頻移，確定目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)。激光雷達(dá)系統(tǒng)通常包括激光發(fā)射單元、接收單元、數(shù)據(jù)處理單元和旋轉(zhuǎn)或掃描機(jī)構(gòu)等部分。

激光雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域：

1. 自動駕駛與高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）：車載激光雷達(dá)為車輛提供高精度的環(huán)境感知能力，包括障礙物檢測、道路邊界識別、交通標(biāo)志識別等，是實(shí)現(xiàn)自動駕駛的關(guān)鍵傳感器之一。

2. 地理信息測繪與城市建模：機(jī)載或地面激光雷達(dá)用于地形地貌測繪、城市三維建模、森林資源調(diào)查、災(zāi)害監(jiān)測等，生成高精度的數(shù)字高程模型（DEM）、點(diǎn)云數(shù)據(jù)等地理信息產(chǎn)品。

3. 無人機(jī)應(yīng)用：無人機(jī)搭載激光雷達(dá)進(jìn)行電力巡檢、農(nóng)業(yè)監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、考古勘查等任務(wù)，提供實(shí)時、精確的地形與目標(biāo)數(shù)據(jù)。

4. 氣象觀測：機(jī)載激光雷達(dá)用于云層結(jié)構(gòu)分析、大氣成分探測、風(fēng)速測量等氣象研究。

5. 安防監(jiān)控：固定式或移動式激光雷達(dá)用于邊境監(jiān)控、港口安全、重要設(shè)施防護(hù)等，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離、全天候的目標(biāo)探測與跟蹤。

6. 機(jī)器人與工業(yè)檢測：在工業(yè)自動化、物流倉儲、服務(wù)機(jī)器人等領(lǐng)域，激光雷達(dá)用于避障導(dǎo)航、物體識別與定位。

激光雷達(dá)的測試方法：

1. 距離精度測試：使用已知距離的標(biāo)準(zhǔn)靶標(biāo)，對比激光雷達(dá)測得距離與實(shí)際距離的偏差，評估距離測量準(zhǔn)確性。

2. 角度精度測試：通過精密轉(zhuǎn)臺控制激光雷達(dá)指向已知角度的反射靶，測量實(shí)際掃描角度與設(shè)定角度的差異，評估角度測量精度。

3. 點(diǎn)云質(zhì)量評估：采集特定場景的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，分析點(diǎn)云密度、噪聲水平、地面點(diǎn)濾波效果、特征提取能力等。

4. 動態(tài)性能測試：在模擬或?qū)嶋H移動平臺上測試激光雷達(dá)對運(yùn)動目標(biāo)的檢測能力，包括跟蹤精度、刷新率、多目標(biāo)處理能力等。

5. 環(huán)境適應(yīng)性測試：在不同光照、氣候、目標(biāo)反照率條件下，評估激光雷達(dá)的性能穩(wěn)定性及抗干擾能力。

6. 電磁兼容性（EMC）測試：驗(yàn)證激光雷達(dá)在電磁環(huán)境下正常工作的能力，包括抗電磁干擾（EMI）和電磁輻射（EMR）兩方面。

激光雷達(dá)的測試標(biāo)準(zhǔn)：

1. ISO 16323:2015：地球科學(xué)  使用機(jī)載激光雷達(dá)進(jìn)行地形測繪的標(biāo)準(zhǔn)方法。

2. ASTM E57.04：美國材料與試驗(yàn)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了地面激光雷達(dá)系統(tǒng)的性能測試方法。

3. SAE J3016：美國汽車工程師學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)，定義了自動駕駛系統(tǒng)的等級劃分，間接規(guī)定了車載激光雷達(dá)的技術(shù)要求。

4. IEC 608251：國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了激光產(chǎn)品的安全要求，適用于激光雷達(dá)的激光安全評估。

激光雷達(dá)安全標(biāo)準(zhǔn)：

1. IEC 608251：通用激光產(chǎn)品安全標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了激光產(chǎn)品的分類、要求和用戶指南，激光雷達(dá)應(yīng)遵循相應(yīng)激光安全等級的防護(hù)措施。

2. IEC 6082514：專門針對激光雷達(dá)的安全標(biāo)準(zhǔn)，詳細(xì)規(guī)定了激光雷達(dá)的發(fā)射特性、人眼暴露限值、防護(hù)措施等安全要求。

激光雷達(dá)性能指標(biāo)與參數(shù)：

1. 測距精度：通常以±（米）表示，衡量激光雷達(dá)測距的絕對誤差。

2. 角分辨率：通常以°或mrad表示，反映激光雷達(dá)在垂直和水平方向上區(qū)分相鄰目標(biāo)的能力。

3. 測速精度：通常以±（m/s）表示，衡量激光雷達(dá)對目標(biāo)速度測量的準(zhǔn)確性。

4. 點(diǎn)云密度：單位時間內(nèi)或單位面積內(nèi)激光雷達(dá)生成的點(diǎn)數(shù)量，反映數(shù)據(jù)采集的密集程度。

5. 最大測距：激光雷達(dá)能夠有效探測的最遠(yuǎn)距離，通常受激光功率、接收靈敏度和大氣衰減等因素影響。

6. 掃描速率：激光雷達(dá)完成一次完整掃描所需的時間或每秒掃描線數(shù)，影響實(shí)時性與數(shù)據(jù)更新速率。

7. 激光波長：常用的激光雷達(dá)波長有905nm、1550nm等，波長選擇影響穿透力、人眼安全性和大氣散射等特性。

8. 功耗：激光雷達(dá)工作時的電能消耗，影響系統(tǒng)集成與續(xù)航能力。

9. 尺寸與重量：對車載、無人機(jī)等應(yīng)用的集成便利性與負(fù)載能力有直接影響。

905nm激光雷達(dá)和1550nm激光雷達(dá)的比較

激光雷達(dá)最常使用的波長為905nm和1550nm。

關(guān)于激光波長，繞不開的一個話題就是人眼安全。當(dāng)一束強(qiáng)烈的可見光照射眼睛，我們會本能的閉上眼睛來躲避光線。但是對于激光這種不可見的近紅外光，當(dāng)眼睛被照射時，眼睛并不會注意到它，如果累積了足夠的能量，激光就會對我們的眼睛造成不可逆的傷害，包括視網(wǎng)膜灼傷以及白內(nèi)障。為了評價(jià)這種傷害的級別，國際電工委員會（International Electrotechnical Commission，IEC）制定了一份激光安全標(biāo)準(zhǔn)IEC 60825，標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)最大允許暴露度（Maximum Permissible Exposure，MPE）對激光進(jìn)行分類。MPE指在給定波長和持續(xù)時間內(nèi)，在不允許引起生物組織損傷的情況下，每單位面積允許的最大激光能量。

從圖中可以看出，任何脈寬的1550nm激光器的MPE值都要比950nm激光器的MPE值高，這意味著人眼能承受更大能量的1550nm激光的照射，這意味著1550nm激光雷達(dá)將擁有更高的發(fā)射功率。

   功率高、卻能保證人眼安全的原因是1550nm的激光容易被水吸收，而人眼表面正好有一層水（眼液），這層水一定程度上幫我們吸收了大量激光輻射。

   激光雷達(dá)發(fā)射功率高帶來的最直接好處就是探測距離將更遠(yuǎn)，一個1550nm激光雷達(dá)，在10%反射率的前提下，測距能力達(dá)到250m。而使用了905nm激光雷達(dá)，在10%反射率的前提下，測距能力只有150m。

   有矛就有盾，1550nm激光雷達(dá)的盾就是雨天，據(jù)部分公司的實(shí)測數(shù)據(jù)顯示：2毫米厚的水薄膜都能將1550nm激光的90%能量吸收掉，這意味這小雨天要慎用、中雨及大雨用不了。

   當(dāng)然業(yè)界有一種聲音，覺得如果雨水呈片狀的“水簾”或“水灘”的話，1550nm激光被吸收的概率很大，但是如果是“雨點(diǎn)”的話，基本不具備完全屏蔽1550nm激光的能力。

其實(shí)這種聲音忽略了被測物體，無論大雨還是小雨，無論被測物體靜止還是移動，在雨中呆上一段時間后表面都會形成一層水膜，所以你即使能躲避雨滴的吸收，你能躲避得了被測物體上的水膜？

雖然1550nm激光雷達(dá)并非完美無缺，但是總結(jié)起來1550nm激光雷達(dá)整理性能明顯更優(yōu)于905nm激光雷達(dá)。

第一：經(jīng)過激光安全測試的1550nm激光雷達(dá)，發(fā)出的1550nm光波不會傷害人眼，雖然發(fā)射功率要比905nm高了一些，但也在人眼安全可視范圍內(nèi)，對人體健康無損害；

第二：由于光束亮度高、光束準(zhǔn)直性更好，抗陽光干擾能力強(qiáng)，在烈日曝曬，陽光強(qiáng)度高的實(shí)際場景中，抗干擾強(qiáng)。

比如行駛在隧道中，由明到暗肉眼是很好識別的，但由暗到明，肉眼需要適應(yīng)光線亮度后才能識別獲取信息，也就是我們所謂的“刺眼”。其實(shí)攝像頭也存在這樣的問題，里面的CMOS在強(qiáng)弱光進(jìn)行交替時，會出現(xiàn)短暫的“失明”。

而激光雷達(dá)就不存在這樣的問題，因?yàn)椴皇芄饩€的干擾，所以即便行駛到接近隧道出口，也能很好的辨別前面情況。

第三：探測距離遠(yuǎn)，最長探測距離500m，即便反射10%，也能保證有250m的距離，為道路預(yù)判和感知留足了反應(yīng)時間。

總體而言，905nm激光雷達(dá)和1550nm激光雷達(dá)各有自己的優(yōu)缺點(diǎn)，選擇哪一種波長還需要根據(jù)實(shí)際的現(xiàn)實(shí)需求去決定。

深圳中為檢驗(yàn)提供激光雷達(dá)性能檢測服務(wù)

作為一家專業(yè)的激光設(shè)備檢測認(rèn)證機(jī)構(gòu)，深圳中為檢驗(yàn)在激光安全檢測領(lǐng)域積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)和大量成功案例，公司目前配備有先進(jìn)的激光檢測實(shí)驗(yàn)室以及頂尖的檢測工程師團(tuán)隊(duì)，激光相關(guān)授權(quán)標(biāo)準(zhǔn)70多個；激光相關(guān)測試能力參數(shù)120余項(xiàng)；激光測量功率范圍pW至5KW；脈沖測量可至ps級；激光產(chǎn)品測試覆蓋范圍包括消費(fèi)類激光、美容類激光、測量類激光、工業(yè)類激光、醫(yī)療類激光、軍用激光、激光雷達(dá)等。

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