解決工業(yè)傳感難題，工業(yè)激光雷達(dá)的多種選擇

近年來(lái)，激光雷達(dá)在很多應(yīng)用領(lǐng)域受到熱捧，而激光雷達(dá)從機(jī)械式到半固態(tài)、再到全固態(tài)，從龐大體型到芯片化、集成化，激光雷達(dá)的技術(shù)路徑和形態(tài)也正在經(jīng)歷革命性轉(zhuǎn)變。工業(yè)領(lǐng)域，激光雷達(dá)應(yīng)用正越來(lái)越多。

工業(yè)激光雷達(dá)受益自動(dòng)化升級(jí)增速上漲

工業(yè)雷達(dá)受益于工廠自動(dòng)化程度的提升，其用量開(kāi)始迅速增加。另一方面，新基建中的智慧交互、交通監(jiān)控也迫切地需求高精度傳感器件。物流、倉(cāng)儲(chǔ)移動(dòng)機(jī)器人的興起也是工業(yè)級(jí)雷達(dá)市場(chǎng)容量非常大的一片藍(lán)海市場(chǎng)。

根據(jù)YOLE數(shù)據(jù)，工業(yè)激光雷達(dá)的市場(chǎng)走勢(shì)非常好，從2021年到2026年年復(fù)合增長(zhǎng)率維持在了28%。從傳統(tǒng)工業(yè)到智慧城市、智慧交通到最后一公里的倉(cāng)儲(chǔ)物流，包括新興的工業(yè)類(lèi)復(fù)合消費(fèi)類(lèi)的應(yīng)用領(lǐng)域都呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

其中工廠自動(dòng)化類(lèi)應(yīng)用增速最高，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到了37%。針對(duì)下一階段激光雷達(dá)工業(yè)應(yīng)用的目標(biāo)市場(chǎng)，根據(jù)艾邁斯歐司朗給出的分析，主要集中在激光測(cè)距儀、自動(dòng)導(dǎo)引車(chē)、無(wú)人機(jī)/機(jī)器人以及交通監(jiān)控屏這幾大領(lǐng)域。

工業(yè)激光雷達(dá)不同的硬件架構(gòu)

激光雷達(dá)的整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)造分為四大部分，處理控制部分和ASIC部分負(fù)責(zé)光學(xué)信號(hào)處理，發(fā)射單元和接收單元負(fù)責(zé)感知。發(fā)射器端除了激光，還有一個(gè)驅(qū)動(dòng)，再加上透鏡，就構(gòu)成了發(fā)射器模組。激光測(cè)距的原理非常簡(jiǎn)單，對(duì)比所有的測(cè)距方法屬于不算難的那一類(lèi)。但這里面有很多問(wèn)題需要解決，這束光如何發(fā)射出去，發(fā)射出什么樣的光形又需要通過(guò)什么樣的處理等等。

這些都和激光器以及驅(qū)動(dòng)息息相關(guān)。眾所周知，激光器是激光雷達(dá)應(yīng)用的核心器件，這也緊密地關(guān)系著激光雷達(dá)的技術(shù)路線與目標(biāo)市場(chǎng)。EEL和VCSEL激光器是目前最主流的一個(gè)選擇。從實(shí)現(xiàn)的效果來(lái)看，體現(xiàn)在測(cè)距能力、角度分辨率以及視場(chǎng)大小上。

目前來(lái)講激光雷達(dá)都是通過(guò)非常高的功率（大概在100多瓦）與非常短的脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)激光的發(fā)射，具體的脈沖信號(hào)強(qiáng)度和發(fā)射模組中的驅(qū)動(dòng)有關(guān)。在10%反射率的情況下，激光雷達(dá)能檢測(cè)多遠(yuǎn)的距離，視場(chǎng)能有多大，都是直接受硬件構(gòu)成的影響。

不同光束掃描方式在視場(chǎng)、測(cè)距范圍上的表現(xiàn)也不盡相同。目前只有機(jī)械旋轉(zhuǎn)式的激光雷達(dá)通過(guò)旋轉(zhuǎn)鏡能在視場(chǎng)上達(dá)到360°，其他掃描方式的視場(chǎng)范圍均在180°以下。旋轉(zhuǎn)式的激光雷達(dá)雖然視場(chǎng)范圍、測(cè)距范圍都很大，但是目前來(lái)說(shuō)其在穩(wěn)定性、體積還有成本上都還有沒(méi)有完全解決的挑戰(zhàn)。

棱鏡掃描和MEMES鏡頭掃描相對(duì)來(lái)說(shuō)技術(shù)成熟度更高，視場(chǎng)則小一些，在抗擾和光學(xué)設(shè)計(jì)上處理起來(lái)稍微有些復(fù)雜。固態(tài)激光雷達(dá)則沒(méi)有旋轉(zhuǎn)部件，視場(chǎng)小但性能高，不過(guò)需要平衡距離和分辨率。

在棱鏡掃描和MEMES掃描的激光雷達(dá)系統(tǒng)中，EEL覆蓋了長(zhǎng)中短距的各種應(yīng)用，是非常理想的光源。在全區(qū)域爆閃模式下的固態(tài)激光雷達(dá)，則根據(jù)距離的要求而選擇VCSEL或EEL。而應(yīng)用在分區(qū)控制等固態(tài)激光雷達(dá)應(yīng)用則可以充分利用VCSEL的多發(fā)光孔的特性，實(shí)現(xiàn)1D/2D控制。

總的來(lái)說(shuō)，對(duì)應(yīng)于應(yīng)用場(chǎng)景的需求，掃描方式從單線機(jī)械旋轉(zhuǎn)、多線機(jī)械卸旋轉(zhuǎn)到MEMS再到全固態(tài)，都需要在視場(chǎng)、圖像分辨率與成本上做平衡，這樣一來(lái)掃描方式的選擇就才比較有針對(duì)性。

測(cè)距方法的選擇同樣十分多樣，TOF優(yōu)勢(shì)在于綜合成本很有性價(jià)比；FMCM的優(yōu)勢(shì)在于長(zhǎng)距離感測(cè)的效果拔群，而且抗干擾能力很強(qiáng)；dTOF則技術(shù)成熟度很高，綜合成本和優(yōu)勢(shì)都很明顯，也是市場(chǎng)上的主導(dǎo)方案。

小結(jié)

隨著像素密度愈來(lái)愈高，體積越來(lái)越小，激光雷達(dá)工業(yè)應(yīng)用傳感器中的比重會(huì)越來(lái)越大。激光雷達(dá)性能優(yōu)勢(shì)繼續(xù)保持的同時(shí)，成本方面隨著使用數(shù)量增長(zhǎng)價(jià)格也將進(jìn)一步下探。很多傳感視覺(jué)傳感器無(wú)法覆蓋的工業(yè)感知應(yīng)用，現(xiàn)在不少都通過(guò)激光雷達(dá)解決了感知難題。

審核編輯 ：李倩