雷射雷達作為眾多智能設備的核心傳感器，其應用已經非常廣泛。如今我們能夠在無人駕駛小車、服務機器人、AGV叉車、智能路政交通以及自動化生產線上頻頻看到雷射雷達的身影，也足以說明它在人工智慧產業鏈上不可或缺的地位。
就目前市面上的主流雷射雷達產品而言，用於環境探測和地圖構建的雷達，按技術路線大體可以分為兩類，一類是TOF（Time of Flight，時間飛行法）雷達，另一類是三角測距法雷達。這兩個名詞相信很多人並不陌生，但是要說這兩種方案從原理、性能到成本、應用上到底孰優孰劣，以及背後的原因是什麼，也許每個人都還或多或少有所疑惑。今天小編就拋磚引玉，就這些問題做一次解析。
一、原理
三角法的原理如下圖所示，雷射器發射雷射，在照射到物體後，反射光由線性CCD接收，由於雷射器和探測器間隔了一段距離，所以依照光學路徑，不同距離的物體將會成像在CCD上不同的位置。按照三角公式進行計算，就能推導出被測物體的距離。
光看原理，是不是覺得挺簡單。
圖1、三角法測距原理
然而TOF的原理更加簡單。如圖2所示，雷射器發射一個雷射脈衝，並由計時器記錄下出射的時間，回返光經接收器接收，並由計時器記錄下回返的時間。兩個時間相減即得到了光的「飛行時間」，而光速是一定的，因此在已知速度和時間後很容易就可以計算出距離。
圖2、TOF測距原理
可惜的是，要是所有事情做起來都如同想起來一樣簡單，那世界就太美好了。這兩種方案在具體實現時都會有各自的挑戰，但是相比起來，TOF要攻克的難關顯然要多得多。
TOF雷達的實現難點主要在於：
1．首先是計時問題。在TOF方案中，距離測量依賴於時間的測量。但是光速太快了，因此要獲得精確的距離，對計時系統的要求也就變得很高。一個數據是，雷射雷達要測量1cm的距離，對應的時間跨度約為65ps。稍微熟悉電氣特性的同學應該就知道這背後對電路系統意味著什麼。
2．其次是脈衝信號的處理。這裡面又分兩個部分：
a）一個是雷射的：三角雷達裡對雷射器驅動幾乎沒什麼要求，因為測量依賴的雷射回波的位置，所以只需要一個連續光出射就可以了。但是TOF卻不行，不光要脈衝雷射，而且質量還不能太差，目前TOF雷達的出射光脈寬都在幾納秒左右，上升沿更是要求越快越好，因此每家產品的雷射驅動方案也是有高低之分的。
b）另一個是接收器的。一般來說回波時刻鑑別其實是對上升沿的時間鑑別，因此在對回波信號處理時，必須保證信號儘量不要失真。另外，即便信號沒有失真，由於回波信號不可能是一個理想的方波，因此在同一距離下對不同物體的測量也會導致前沿的變動。比如對同一位置的白紙和黑紙的測量，可能得到如下圖的兩個回波信號，而時間測量系統必須測出這兩個前沿是同一時刻的（因為距離是同一距離），這就需要特別的處理。
圖3、不同反射率的回波信號差異
除此以外，接收端還面臨著信號飽和、底噪處理等等問題，可以說困難重重。
二、性能PK，知其然可知其所以然？
說了這麼多，其實從下遊用戶的角度，並不關心你實現起來簡單還是難。用戶最關心的不外乎兩點：性能和價格。先說性能，如果了解這個行業的人大多知道，TOF雷達從性能上是優於三角雷達的。但是具體體現在哪些方面，背後的原因又是什麼呢？
1．測量距離
從原理上來說，TOF雷達可以測量的距離更遠。實際上，在一些要求測量距離的場合，比如無人駕駛汽車應用，幾乎都是TOF雷達。三角雷達測不遠，主要有幾個方面的原因：一是原理上的限制，其實仔細觀察圖1不難發現，三角雷達測量的物體距離越遠，在CCD上的位置差別就越小，以致於在超過某個距離後，CCD幾乎無法分辨。二是三角雷達沒辦法像TOF雷達那樣獲得較高的信噪比。TOF採用脈衝雷射採樣，並且還能嚴格控制視場以減少環境光的影響。這些都是長距離測量的前提條件。
當然，距離長短並不代表絕對的好壞，這取決於具體的使用場景。
2．採樣率
雷射雷達描繪環境時，輸出的是點雲圖像。每秒能夠完成的點雲測量次數，就是採樣率。在轉速一定的情況下，採樣率決定了每一幀圖像的點雲數目以及點雲的角解析度。角解析度越高，點雲數量越多，則圖像對周圍環境的描繪就越細緻。
就市面上的產品而言，三角法雷達的採樣率一般都在20k以下，TOF雷達則能做到更高（例如星秒的TOF雷達PAVO最高可以達到100k的採樣率）。究其原因，TOF完成一次測量只需要一個光脈衝，實時時間分析也能很快響應。但是三角雷達需要的運算過程耗時則更長。