無人駕駛小知識系列主要的目的是把一些很小而有深度的知識做一個總結，相對沒那麼系統，勝在日積月累。

視場角

我們都知道激光雷達視場角分為水平視場角和垂直視場角，激光雷達的水平視場角為360°，垂直視場角一般為40°。

1. 水平視場角

激光雷達的水平視場角很好理解，激光雷達在水平旋轉，旋轉一周就是360°。

2. 垂直視場角

激光雷達的垂直視場角是40°，這裡要注意2點，一是視場角的偏置，二是激光雷達光束的分布。

• 視場角的偏置 - 視場角的偏置為5°，也就是說激光雷達在水平方向向上的掃描角度為15°，而在水平方向往下掃描的角度為25°。這也很好理解，我們主要是需要掃描路面上的障礙物，而不是把激光打向天空，為了良好的利用激光，因此激光光束會盡量向下偏置一定的角度。
• 光束的分布 - 曾幾何時，我也認為激光光束的分布是均勻的，也就是說64線的激光雷達，40°的視場角，那麼角度分辨率為40°/64=0.625°，但實際上，激光雷達的光束不是垂直均勻分布的，而是中間密，2邊稀疏，還是為了達到既檢測到障礙物，同時把激光束集中到中間感興趣的部分，來更好的檢測車輛。

圖1是禾賽64線激光雷達的光束示意圖，可以看到激光雷達的有一定的偏置，向上的角度為15°，向下的為25°，并且激光光束中間密，2邊稀疏。

圖1 禾賽64線激光雷達光束分布

周期采集點數

激光雷達采集的點數計算如下，首先看激光雷達的線數，比如32線，則垂直方向上會發出32個激光光束，采集32個點，而64線則是64個點，垂直方向上的點數和激光雷達的線數有關系。

因為激光雷達在旋轉掃描，因此水平方向上掃描的點數和激光雷達的掃描頻率有一定的關系，掃描越快則點數會相對較少，掃描慢則點數相對較多。一般這個參數也被稱為水平分辨率，比如激光雷達的水平分辨率為0.2°，那麼掃描的點數為360°/0.2°=1800，也就是說水平方向會掃描1800次。

那麼激光雷達旋轉一周，即一個掃描周期内掃描的點數為1800*64=115200。圖2是禾賽64線激光雷達的參數列表。可以看到掃描頻率為10Hz的時候水平角分辨率為0.2°，在掃描頻率為20Hz的時候角分辨率為0.4°（掃描快了，分辨率變低了）。輸出的點數和計算的也相符合115200 pts/s。

有效檢測距離

激光雷達的有效測量距離和最小垂直分辨率有關系，也就是說角度分辨率越小，則檢測的效果越好。如圖3所示，2個激光光束直接的角度為0.4°，那麼當探測距離為200m的時候，2個激光光束之間的距離為200m*tan0.4°≈1.4m。也就是說在200m之後，隻能檢測到高于1.4m的障礙物了。

圖3 激光雷達測量距離

如果需要知道障礙物的類型，那麼需要采用的點數就需要更多，距離越遠，激光雷達采樣的點數就越少，圖4分别是激光雷達50m和100m采樣到的點數，可以看到100m的時候的點比50m稀疏不少，點數越少，就越難以識别準确的障礙物類型。

圖4 不同距離采樣的點數

時間同步

激光雷達提供了時間同步硬件接口，通過GPS提供時鐘源給激光雷達，可以保證激光雷達的時間和GPS的時間保持同步，也就是說激光雷達可以保證周期采樣的時間非常精準。圖5是激光雷達GPS硬件接口說明。

圖5 GPS硬件管腳說明

總結

通過上面的分析，我們可以知道激光雷達的水平視場角為360°，垂直視場角有偏置，并且 線束分布不均勻。激光雷達的有效采樣點數和激光雷達的線數、采樣頻率有關系。最後激光雷達的分辨率和最小垂直分辨率有關系，并且距離越遠，采樣點數越稀疏。激光雷達還提供了時間同步硬件接口，來保證周期采樣的時間非常精準。

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