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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)點是價格低廉，體積極小，功耗極低，缺點是有效距離比較短，需要多級放大才能達(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方向發(fā)射激光束，如何測量激光往返的時間，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)四大機構(gòu)：機械式，固態(tài)式(MEMS)，光學(xué)相控陣式(OPA)，泛光面陣式（FLASH）
機械式
以 Velodyne 2007年推出了一款激光雷達(dá)為例，它把 64 個激光器垂直堆疊在一起，使整個單元每秒旋轉(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，也就是通過不斷旋轉(zhuǎn)發(fā)射器，將激光點變成線，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)雜的機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高頻準(zhǔn)確的的轉(zhuǎn)動，平均的失效時間僅 1000-3000 小時，難以達(dá)到車廠最低 13000 小時的要求。
固態(tài)式(MEMS)
利用微電子機械系統(tǒng)的技術(shù)驅(qū)動旋鏡，反射激光束指向不同方向。固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)點包括了：數(shù)據(jù)采集速度快，分辨率高，對于溫度和振動的適應(yīng)性強；通過波束控制，探測點（點云）可以任意分布，例如在高速公路主要掃描前方遠(yuǎn)處，對于側(cè)面稀疏掃描但并不完全忽略，在十字路口加強側(cè)面掃描。而只能勻速旋轉(zhuǎn)的機械式激光雷達(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，實現(xiàn)對每個單元光波的獨立控制，通過調(diào)節(jié)從每個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)生互相加強的干涉從而實現(xiàn)高強度光束，而其他方向上從各個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度光束按設(shè)計指向?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波長，普通目前激光雷達(dá)的任務(wù)波長均在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 的方案會去進(jìn)行掃描，而是短時間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對環(huán)境周圍圖像的繪制。
LiDAR的趨勢
傳感器車規(guī)化
固態(tài)激光雷達(dá)取消了機械結(jié)構(gòu)，能夠擊中目前機械旋轉(zhuǎn)式的成本和可靠性的痛點，是激光雷達(dá)的發(fā)展方向。除了這兩大迫切解決的痛點外，目前量產(chǎn)的激光雷達(dá)探測距離不足，僅能滿足低速場景（如廠區(qū)內(nèi)、校園內(nèi)等）的應(yīng)用。日常駕駛、高速駕駛的場景仍在測試過程中。
當(dāng)前機械式激光雷達(dá)的價格十分昂貴，Velodyne 在售的 64/32/16 線產(chǎn)品的官方定價分別為 8 萬/4 萬/8 千美元。一方面，機械式激光雷達(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)費用等固定成本難以攤薄。 量產(chǎn) 100 萬臺 VLP-32后，那么其售價將會降至 400 美元左右。
多傳感器融合
在環(huán)境監(jiān)測傳感器中，超聲波雷達(dá)主要用于倒車?yán)走_(dá)以及自動泊車中的近距離障礙監(jiān)測，攝像頭、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)則廣泛應(yīng)用于各項 ADAS 功能中。四類傳感器的探測距離、分辨率、角分辨率等探測參數(shù)各異，對應(yīng)于物體探測能力、識別分類能力、三維建模、抗惡劣天氣等特性優(yōu)劣勢分明。各種傳感器能形成良好的優(yōu)勢互補，融合傳感器的方案已成為主流的選擇。
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