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激光雷達(dá)主要包括激光發(fā)射、接收、掃描器、透鏡天線和信號(hào)處理電路組成。激光發(fā)射部分主要有兩種，一種是激光二極管，通常有硅和砷化鎵兩種基底材料，再有一種就是目前非?；馃岬拇怪鼻幻姘l(fā)射（VCSEL）（比如 iPhone 上的 LiDAR），VCSEL 的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉，體積極小，功耗極低，缺點(diǎn)是有效距離比較短，需要多級(jí)放大才能達(dá)到車用的有效距離。
激光雷達(dá)主要應(yīng)用了激光測(cè)距的原理，而如何制造合適的結(jié)構(gòu)使得傳感器能向多個(gè)方向發(fā)射激光束，如何測(cè)量激光往返的時(shí)間，這便區(qū)分出了不同的激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)。
激光雷達(dá)四大機(jī)構(gòu)：機(jī)械式，固態(tài)式(MEMS)，光學(xué)相控陣式(OPA)，泛光面陣式（FLASH）
機(jī)械式
以 Velodyne 2007年推出了一款激光雷達(dá)為例，它把 64 個(gè)激光器垂直堆疊在一起，使整個(gè)單元每秒旋轉(zhuǎn)許多次。發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)存在物理意義上的轉(zhuǎn)動(dòng)，也就是通過不斷旋轉(zhuǎn)發(fā)射器，將激光點(diǎn)變成線，并在豎直方向上排布多束激光發(fā)射器形成面，達(dá)到 3D 掃描并接收信息的目的。但由于通過復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高頻準(zhǔn)確的的轉(zhuǎn)動(dòng)，平均的失效時(shí)間僅 1000-3000 小時(shí)，難以達(dá)到車廠最低 13000 小時(shí)的要求。
固態(tài)式(MEMS)
利用微電子機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)驅(qū)動(dòng)旋鏡，反射激光束指向不同方向。固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)包括了：數(shù)據(jù)采集速度快，分辨率高，對(duì)于溫度和振動(dòng)的適應(yīng)性強(qiáng)；通過波束控制，探測(cè)點(diǎn)（點(diǎn)云）可以任意分布，例如在高速公路主要掃描前方遠(yuǎn)處，對(duì)于側(cè)面稀疏掃描但并不完全忽略，在十字路口加強(qiáng)側(cè)面掃描。而只能勻速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械式激光雷達(dá)是無法執(zhí)行這種精細(xì)操作的。
光學(xué)相控陣式(OPA)
相控陣發(fā)射器由若干發(fā)射接收單元組成陣列，通過改變加載在不同單元的電壓，進(jìn)而改變不同單元發(fā)射光波特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)單元光波的獨(dú)立控制，通過調(diào)節(jié)從每個(gè)相控單元輻射出的光波之間的相位關(guān)系，在設(shè)定方向上產(chǎn)生互相加強(qiáng)的干涉從而實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度光束，而其他方向上從各個(gè)單元射出的光波彼此相消。組成相控陣的各相控單元在程序的控制下可使一束或多束高強(qiáng)度光束按設(shè)計(jì)指向?qū)崿F(xiàn)空域掃描。
但光學(xué)相控陣的制造工藝難度較大，這是由于要求陣列單元尺寸必需不大于半個(gè)波長(zhǎng)，普通目前激光雷達(dá)的任務(wù)波長(zhǎng)均在1微米左右，這就意味著陣列單元的尺寸必需不大于500納米。而且陣列數(shù)越多，陣列單元的尺寸越小，能量越往主瓣集中，這就對(duì)加工精度要求更高。此外，材料選擇也是十分關(guān)鍵的要素。
泛光面陣式（FLASH）
泛光面陣式是目前全固態(tài)激光雷達(dá)中最主流的技術(shù)，其原理也就是快閃，它不像 MEMS 或 OPA 的方案會(huì)去進(jìn)行掃描，而是短時(shí)間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測(cè)區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對(duì)環(huán)境周圍圖像的繪制。
LiDAR的趨勢(shì)
傳感器車規(guī)化
固態(tài)激光雷達(dá)取消了機(jī)械結(jié)構(gòu)，能夠擊中目前機(jī)械旋轉(zhuǎn)式的成本和可靠性的痛點(diǎn)，是激光雷達(dá)的發(fā)展方向。除了這兩大迫切解決的痛點(diǎn)外，目前量產(chǎn)的激光雷達(dá)探測(cè)距離不足，僅能滿足低速場(chǎng)景（如廠區(qū)內(nèi)、校園內(nèi)等）的應(yīng)用。日常駕駛、高速駕駛的場(chǎng)景仍在測(cè)試過程中。
當(dāng)前機(jī)械式激光雷達(dá)的價(jià)格十分昂貴，Velodyne 在售的 64/32/16 線產(chǎn)品的官方定價(jià)分別為 8 萬(wàn)/4 萬(wàn)/8 千美元。一方面，機(jī)械式激光雷達(dá)由發(fā)射光源、轉(zhuǎn)鏡、接收器、微控馬達(dá)等精密零部件構(gòu)成，制造難度大、物料成本較高；另一方面，激光雷達(dá)仍未大規(guī)模進(jìn)入量產(chǎn)車、需求量小，研發(fā)費(fèi)用等固定成本難以攤薄。 量產(chǎn) 100 萬(wàn)臺(tái) VLP-32后，那么其售價(jià)將會(huì)降至 400 美元左右。
多傳感器融合
在環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器中，超聲波雷達(dá)主要用于倒車?yán)走_(dá)以及自動(dòng)泊車中的近距離障礙監(jiān)測(cè)，攝像頭、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)則廣泛應(yīng)用于各項(xiàng) ADAS 功能中。四類傳感器的探測(cè)距離、分辨率、角分辨率等探測(cè)參數(shù)各異，對(duì)應(yīng)于物體探測(cè)能力、識(shí)別分類能力、三維建模、抗惡劣天氣等特性優(yōu)劣勢(shì)分明。各種傳感器能形成良好的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，融合傳感器的方案已成為主流的選擇。
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