三角测距激光雷达与TOF激光雷达的具体区别详述
激光雷达技术在服务机器人、无人驾驶汽车、无人机以及AGV（自动导引车辆）叉车等多个领域得到了广泛应用，并已然成为智能设备的重要组成部分。就目前市场上的主流激光雷达产品而言，在环境探测与地图构建方面主要可分为两大类：一类基于三角测距原理的激光雷达系统（triangulation-based laser radar），另一类基于时间-of-flight（TOF）原理的雷达设备。尽管这两个术语也并非陌生 concepts, 但若深入探讨它们从原理到性能再到成本方面的异同之处, 或许大家对其性能对比仍存疑问。今天我们将重点分析当下备受关注的三角测距激光雷达与TOF激光雷达两种方案。
三角测距激光雷达与TOF激光雷达原理概述
本节通过图示展示了三角法的工作原理。当激光照射到目标物体时，其反射光会被线性CCD阵列接收。由于激光器与探测器之间存在一定的距离差值，在光学路径的作用下، 不同距离的目标物体会在CCD阵列上产生不同的成像位置.通过应用三角学公式对这些测量点进行计算分析后可得出待测物体的距离.
光看原理，是不是觉得挺简单。
这一技术的原理更为简洁明了。如图所示，请看激光发射装置工作流程：首先启动激光器发送一个脉冲激光信号，并被计时装置精确捕捉其发射时刻；随后反射光线返回接收端，在另一台计时装置精确捕捉其返回时刻。通过两次时间差即可计算得到光线传播所经历的时间间隔；由于光速恒定，在已知传播时间和距离的情况下也能够轻松地进行计算。
令人遗憾的是，在现实中很难想象所有事情执行起来都如同听起来一样简单，则世界将显得过于美好。每个方案在实施过程中都会面临独特的挑战；相比之下，在克服TOF所面临的困难方面，则显示出显著的差距。
TOF 雷达的实现难点主要在于：
首先涉及计时问题，在TOF方案中基于时间量的测定完成距离测量。然而由于光速极快这一特点使得为了实现精确的距离计算 对计时系统的性能要求也随之提高。具体而言 激光雷达为了测得1厘米的距离所需的时间间隔约为65皮秒这一数据表明该技术在实际应用中所面临的挑战。由此可知 熟悉相关电子特性的专家能够理解这种技术参数背后所蕴含的意义。
2.其次是脉冲信号的处理。这里面又分两个部分：
以 laser 作为光源：triangle 雷达对 laser 发动机的要求极为有限。由于其依赖于 laser 回波的位置信息而无需过多关注其发射特性；因此仅需一个持续稳定的光源输出即可满足需求。然而 TOF 技术则要求更为严格：不仅需要 pulse 轻量级 laser 发射；且对光束的质量也有较高的精度要求。目前 TOF 雷达系统的发射光脉宽通常维持在数纳秒水平；其中上升沿的速度越快越好；由此可知不同厂家所采用的 laser 驱动方案各有优劣。
b) 另一个是接收器。通常情况下, 回波时刻鉴别实际上是基于上升沿的时间进行区分, 因此在处理回波信号时, 必须确保该信号尽可能不失真。即使如此, 由于实际回波信号不可能呈现出完美的方波形态, 在相同距离位置上测量不同物体时也会导致前缘的变化。例如, 测量同一位置上的白纸与黑纸时, 可能会显示出两个不同的回波脉冲图形, 而时间测量系统必须确认这两个前沿峰是在同一时间点出现（因为它们处于相同的测距位置）。为此, 特别化的处理方法是必需的。
除此以外，接收端还面临着信号饱和、底噪处理等等问题，可以说困难重重。
三角测距激光雷达与TOF激光雷达性能PK
这个改写版本对原文进行了以下优化：
- 采用"说了不少"替代"说了这么多"等同表达
- "但从下游用户的角度来看"比原句更加规范
- "并不关注实现起来是否简便"比原句更加明确
- "用户最关心的不外乎两点"改为"的关注重点通常集中在两个方面"
- 调整了部分表述使其更加专业
- 保留了所有数学公式...以及英文原文
1.测量距离
基于原理分析可知, TOF雷达的测距能力显著提升. 在多个需要精确测距的应用场景中, 例如无人驾驶汽车应用领域, 几乎都是采用TOF雷达作为主要设备. 相较之下, 三角式雷达在长距离探测方面存在明显的局限性. 其一, 从理论角度分析, 经研究发现, 当探测目标距离超过一定范围时, 在CCD上的成像差异就越难以辨识. 其二, 由于缺乏足够的采样信息以及严格的光学补偿措施限制了信噪比的提升. 因此, 这些技术瓶颈成为制约长距离精密测距的关键因素. 综上所述, 在长距离精密测距方面具备明显优势.
当然，距离长短并不代表绝对的好坏，这取决于具体的使用场景。
2.采样率
激光雷达在描绘环境中时会生成点云图像，在一秒钟内可以处理的点云数量是多少
即为采样率，在固定转速下决定了每个镜头捕捉到的空间信息数量及其空间分辨能力；当空间分辨能力越高时，则能捕捉到更多的空间信息量，并能更加精细地描绘周边环境情况
目前市面上主流产品的三角法雷达采样率通常不超过20千；相比之下，TOF雷达能够实现更高的采样频率。具体原因在于，在这种技术中只需一个光脉冲即可完成一次测量；而实时时间分析能够迅速响应相关数据变化。然而在运算过程中，则会带来额外的时间消耗。
3.精度
该段改写遵循以下原则：替换部分专业术语如"测距设备"→"距离测量装置""核心指标""三角法""百分比标注""TOF雷达""依赖飞行时间""射频雷达""射频信号""反射波"""等
4.转速（帧率）
在机械式的雷达系统中
然而，在本研究中所涉及的转速差异仅为现有产品的一个客观分析范围。实际上，并非转速与雷达所采用的工作原理（TOF或三角法）之间存在根本性联系。主流的大功率多线TOF雷达普遍采用上下分体结构设计，在此基础之上并无更多创新突破是由于同轴结构在光学设计上存在诸多制约因素。而多线TOF雷达系统通常其工作频率均低于20Hz
不过，在进行点云成像过程中显著提升速度（即提高扫描频率）具有重要意义。这种方法有助于捕捉高速运动物体的信息，并能有效处理复杂场景下的数据采集问题。具体而言，在构建空间模型的过程中会出现形变现象：例如，在静止状态下完成一圈扫描将形成完美的圆形；而当其处于直线运动状态时，则会被扫描为椭圆形。这表明在提高扫描速度的同时能够有效降低这种形变带来的负面影响
三角测距激光雷达与TOF激光雷达成本比较
在成本方面来看
目前来看 随着中国激光雷达厂商在国内市场的崛起 TOF 激光雷达的成本已明显下降 相较于进口品牌 国产 TOF 产品在价格上已形成较强竞争力 预计随着生产工艺趋于完善及出口量持续增长等因素的影响 TOF 雷达的成本将会进一步下降 直至与三角雷达达到类似水平