前言：

目前主要的测距方式有：光学测距，超声波和微波雷达测距。

光学测距又可以分为：双目，结构光，ToF。微波雷达，在消费类产品中，常见的是波长在毫米级别的毫米波雷达。超声波应用比较多的是在车载倒车雷达上。

它们各有优缺点，本章内容只针对在户外低功耗场景的应用做分析。

(资料图片)

(一)需求分析市场需求户外场景(比如路边，路面或是公园)低功耗产品，最短半年换一次电池探测近距离范围内的车辆，动物等全国范围内可以使用

市面上已有的类似方案：视频桩，路牙机

需求分析

对市场需求进行进一步分析，可以梳理出下面几个比较具体的产品需求:

光照强度范围：0.2lx ~ 10万lx (月光级~太阳直射)气候条件：雨天，雾霾，以及少量尘埃覆盖条件下均可使用温度范围：-40~80°C环境干扰: 存在路边花草覆盖，垃圾遮挡，震动，无线等干扰情况功耗要求：1Hz 检测周期下，平均功耗低于5mW/s(二)光学测距光学测距类型

光学测距，主要有双目，结构光和ToF三个技术方向。

结构光和双目都属于3D视觉技术，不但可以检测出距离，还可以输出速度，形状等信息。

ToF模块也有3D的，但如果只要检测距离，不用测量速度和判断物体形状，1D ToF就可以满足需求了。

ToF基本原理

ToF测距基本原理：ToF模块发射端将调制后的红外光发送出去，接收端接收到反射回来的光，通过发送与反射回来光束的时间差或是相位差得到光飞行的时间。根据光的传播速度，结合检测到的飞行时间，可以计算出光传播的距离，从而知道模块距离被测试物体的距离。

ToF细分之下，又分两种类型，iToF和 dToF

iToF 原理

将调制后的光发送出去，接收端接收到后，解析出接收到光束的相位，将它与发送时的相位进行对比，间接计算出光的传播时间，从而得到距离值。

TI的 OPT3101采用的就是iToF方式。

dToF 原理:

相比于 iToF通过相位间接得到飞行时间，dToF是通过发送时刻与接收时刻的时间差直接得到飞行时间，汐映微 用在扫地机器人上的CS10-S2A 就是使用的dToF技术。系统框图如下：

优点：模块结构较小探测角度较小功耗小缺点：适用温度范围小(-10~60°C)需要保持模块表面清洁对光的干扰敏感适用场景

适用于冬季温度在-20°C以上地区，因为低温环境下， ToF模块的时钟精度会下降，导致测量距离不准。另外光学器件灵敏度下降，会导致一些非线性的错误结果，还有可能出现启动不了的情况。

适用于安装在距离地面比较高的位置，并且模块上方有遮雨的结构设计。镜头有水，或者是镜头沾污，会影响模块性能。

适用于没有阳光直射或是其它光干扰环境。目前使用比较多的ToF模块，激光波长在800~950nm 的范围。太阳光直射，容易导致感光元器件过曝。如果有波长为800~950nm的其它光源，比如车灯，路灯，会对模块造成干扰。

(三)超声波测距

超声波测距，目前应用得最多的是在倒车雷达上，在近距离测距上使用非常多。一般人能听到的声波频率范围是20Hz~20Khz,低于20hz的我们叫次声波，高于20Khz,我们叫超声波。

测距原理

超声波测距的基本原理是：将固定频率的声波发射出去，然后再检测是否有该频率的声波被反射回来，通过计算发送和接收的时间，可以知道声波的传输时间，再乘以声波的速度，就可以得到距离。

目前成熟度比较高的是 elmos的 E524.09/08

优点对环境光不敏感雨天雾天或是表面有灰尘不影响使用温度范围广(-40~80°C)缺点准确度与探测物表面材质关系大对湿度、风力和气压敏感难以达到较小的探测角度功耗较大相应速度较慢适用场景适用于探测硬度较大物体。超声波属于机械波，如果被探测物表面非常软，如海绵，会导致声波被吸收，影响探测结果适用于探测范围比较大的场景。声波是呈圆锥形发射，它的探测范围会比较大，一般探头的角度为40 * 80,或者是30 * 60;适用于震动较小场景。由于近距离测距的超声波模块，一般使用的是52KHz,或是58Khz,如果周围有噪音，或是有处于同频率的震动，会影响到检测结果。适用于-40°C ~ 80°C 的环境温度，基本上可以覆盖全国的户外场景。不适用于实时性要求高的场景。声波在空气中的传播速度是340m/s,其检测速度没有光学测距快。(四)微波雷达

微波雷达目前应用比较广的是汽车上的自适应巡航、前向碰撞、盲区监测、自动泊车等系统。它们的探测距离会比较远，可以到200米的距离，属于中距离和远距离探测器。

车载上使用的微波雷达，功耗很高，并不适用于普通消费级的低功耗设备上。

目前在普通消费级设备上，使用比较多的是频率在24GHz的毫米波雷达，比如汐杰微的RKB1125FD模块，它在1Hz 检测周期下，平均功耗可以做到3.5mW/s

测距原理

测距原理和方式，跟ToF模块相类似，分为两种：一种是通过相位间接得到时间(调频式连续毫米波雷达),一种是直接得到时间(脉冲式毫米波雷达)，目前使用的基本上是调频式连续毫米波雷达。

优点雨雾天气不影响使用功耗较低抗干扰能力强温度范围较大(-30~80°C)缺点天线角度较大距离精确度不是很高适用场景适用于模块结构比较大的设备。在微波雷达中，尺寸最大的部分是微波雷达的天线，天线尺寸与探测角度是成反比，如果要小角度探测范围，那么天线的尺寸会相应的变大。适用温度范围较大，比ToF范围广，但比不上超声波。适用于响应速度较快场景，其速度接近ToF模块，远高于超声波。适用于准确度要求不太高的场景。就目前有测试到的模块，在近距离应用环境中，它的准确度并不这么高。适用于低功耗场景。它与超声波相比，在同样使用条件下，功耗可以低2倍左右。总结

回到文章最开始市场的需求，就目前已经已接触到的模块，并没有哪种类型模块可以满足全部的需求。激光，超声波，毫米波它们都有适合的应用场景，同时也都有各种局限性。

我们需要根据自己的实际使用场景选择合适的模块，也可以多种探测器组合使用。

在市场的驱动下，也许在不久的将来，会有新的技术出来，能够解决上面所有应用场景的限制。

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