四種不同激光雷達(dá)有何區(qū)別

2020 年，Apple 在新款 iPad Pro、iPhone 12 Pro 和 iPhone 12 Pro Max 上搭載 dToF 激光雷達(dá)模組。讓激光雷達(dá)再次引發(fā)民眾討論。

雖然蘋果產(chǎn)品上搭載的激光雷達(dá)也是基于飛行時間原理，但從產(chǎn)品要求以及客戶群體來看，消費(fèi)電子應(yīng)用的激光雷達(dá)與無人駕駛、高級輔助駕駛、機(jī)器人、車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的激光雷達(dá)區(qū)別很大。特別是消費(fèi)電子對激光雷達(dá)模組的體積和功耗要求更為嚴(yán)格。

激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)自誕生以來，緊跟底層器件的前沿發(fā)展。隨著激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，從單點(diǎn)激光雷達(dá)到如今技術(shù)方案不斷創(chuàng)新的固態(tài)式激光雷達(dá)、FMCW 激光雷達(dá)，激光雷達(dá)一直以來都備受消費(fèi)電子、無人駕駛、機(jī)器人、車聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)的關(guān)注。

目前，激光雷達(dá)通常分為機(jī)械式激光雷達(dá)、純固態(tài)式激光雷達(dá)、半固態(tài)激光雷達(dá)。其中，半固態(tài)雷達(dá)以轉(zhuǎn)鏡式、旋鏡式、振鏡式三類為代表。而固態(tài)激光雷達(dá)主要有 MEMS、OPA、Flash 三大技術(shù)方向。

機(jī)械式激光雷達(dá)

機(jī)械式激光雷達(dá)的經(jīng)典架構(gòu)主要是通過電機(jī)帶動光機(jī)結(jié)構(gòu)整體旋轉(zhuǎn)，一般在系統(tǒng)通道數(shù)目的增加、測距范圍的拓展、空間角度分辨率的提高、系統(tǒng)集成度與可靠性的提升等方面進(jìn)行技術(shù)的創(chuàng)新。機(jī)械式激光雷達(dá)具有掃描速度快，接受視場小，抗光干擾能力強(qiáng)，信噪比高等優(yōu)勢，缺點(diǎn)在于價格昂貴，光路調(diào)試、裝配復(fù)雜、生產(chǎn)周期漫長、行車環(huán)境下可靠性不高。

半固態(tài)式激光雷達(dá)

半固態(tài)式激光雷達(dá)可以分為轉(zhuǎn)鏡式、微振鏡式等。其中，轉(zhuǎn)鏡式保持收發(fā)模塊不動，讓電機(jī)在帶動轉(zhuǎn)鏡運(yùn)動的過程中將光束反射至空間的一定范圍，從而實現(xiàn)掃描探測，其技術(shù)創(chuàng)新方面與機(jī)械式激光雷達(dá)類似。

微振鏡式主要采用高速振動的二維振鏡實現(xiàn)對空間一定范圍的掃描測量，技術(shù)發(fā)展方面?zhèn)戎亻_發(fā)口徑更大、頻率更高、可靠性更好振鏡來適用于激光雷達(dá)。微鏡振動幅度很小，頻率高，成本低，技術(shù)成熟，適用于量產(chǎn)大規(guī)模應(yīng)用。

純固態(tài)式激光雷達(dá)

一般認(rèn)為，純粹的固態(tài)激光雷達(dá)只有兩種，一種是光學(xué)相控陣 OPA，一種是 Flash。OPA 即光學(xué)相控陣技術(shù)，通過施加電壓調(diào)節(jié)每個相控單元的相位關(guān)系，利用相干原理，實現(xiàn)發(fā)射光束的偏轉(zhuǎn)，從而完成系統(tǒng)對空間一定范圍的掃描測量。

電子掃描式主要按照時間順序通過依次驅(qū)動不同視場的收發(fā)單元實現(xiàn)掃描，系統(tǒng)內(nèi)沒有機(jī)械運(yùn)動部件。其架構(gòu)比整體曝光所有收發(fā)單元的 Flash 固態(tài)式激光雷達(dá)更先進(jìn)。

Flash 激光雷達(dá)主要是通過短時間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光，再以高度靈敏的面陣接收器，來完成對環(huán)境周圍圖像的繪制。

純固態(tài)式激光雷達(dá)因掃描速度快、精度高、可控性好、體積小等特點(diǎn)被認(rèn)為是未來激光雷達(dá)的發(fā)展趨勢，但純固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)并沒有完全成熟。

FMCW 激光雷達(dá)

FMCW 激光雷達(dá)發(fā)射調(diào)頻連續(xù)激光，通過回波信號與參考光進(jìn)行相干拍頻得到頻率差，從而間接獲得飛行時間反推目標(biāo)物距離，同時也能夠根據(jù)多普勒頻移信息直接測量目標(biāo)物的速度，技術(shù)發(fā)展方向有利用硅基光電子技術(shù)實現(xiàn)激光雷達(dá)系統(tǒng)的芯片化。

FMCW 激光雷達(dá)可實現(xiàn)更高的探測靈敏度和精度，適合硅光子和相控陣技術(shù)低成本批量生產(chǎn)，并且可以有效阻止其他雷達(dá)的干擾。但是，對元件的功耗處理能力要求很高是限制該技術(shù)的基本因素，若要獲得市場認(rèn)可，其中的激光器必須要在調(diào)頻速度、調(diào)頻范圍、線性度、激光相干性、滿足車規(guī)以及能夠低成本量產(chǎn)等多方面取得進(jìn)展。

基于不同激光雷達(dá)的優(yōu)劣勢，國內(nèi)外廠商在技術(shù)方面選擇不同陣營。

目前機(jī)械式激光雷達(dá)的玩家主要有：禾賽、Velodyne、速騰、Ouster 等。

混合固態(tài)激光雷達(dá)的玩家主要有：基于 MEMS 的速騰、Innoviz，基于轉(zhuǎn)鏡式的大疆 Livox、法雷奧、Luminar 等。

而純固態(tài)激光雷達(dá)玩家有： Quanergy、Ibeo 等。

激光雷達(dá)固態(tài)化是未來趨勢，有著小型化、低成本優(yōu)勢。固態(tài)激光雷達(dá)無需旋轉(zhuǎn)部件，因而體積更小，十分方便集成在車身內(nèi)部，并且隨著系統(tǒng)可靠性的不斷提升，成本也可大幅降低。因此，激光雷達(dá)有向固態(tài)發(fā)展的趨勢。
編輯：hfy