智能汽车激光雷达?自动驾驶车载激光雷达研究( 三 ) _生活百科

1）机械式激光雷达：研发最早，技术最为成熟，特点是竖直方向排列多组激光束，通过 360°旋转进行全面扫描。扫描速度快，抗干扰能力强，因此最早应用于自动驾驶测试研发领域，但高频转动和复杂机械结构使机械式激光雷达使用寿命过短，易受损坏，难以符合车规，不适合量产上车。

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2）混合固态分为转镜、MEMS 和棱镜三种
a）转镜式：激光发射模块和接收模块不动，只有扫描镜在做机械旋转，可实现 145°的扫描。优势是容易通过车规认证，成本可控，可以量产。全球第一款通过车规认证的法雷奥 SCALA 转镜式激光雷达于 2018 年搭载于奥迪 A8 。
b）棱镜式：用两个楔形棱镜使激光发生偏转，通过非重复扫描，解决了机械式激光雷达的线式扫描导致漏检物体的问题。点云密度高，可探测距离远，可实现随着扫描时间增加，达到近 100％的视场覆盖率。但机械结构更加复杂，零部件容易磨损。
c）MEMS：通过控制微振镜以一定谐波频率振荡发射激光器光线，实现快速和大范围扫描，形成点云图效果。机械零部件集成化至芯片级别，减少激光器和探测器数量，尺寸大幅下降，提高稳定性同时量产后成本低、分辨率高，是目前市场的主流选择。但有限的光学口径和扫描角度限制了测距能力和 FOV，悬臂梁长期反向扭动，容易断裂导致使用寿命缩短。因此我们认为，MEMS 是过渡期的暂时选择。

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3）固态激光雷达主要包括 OPA 和 Flash 两种类型
a）Flash：利用快闪原理一次闪光成像，发射端采用 VCSEL，接收端短距离探测可用 PIN 型光电探测器，远距离探测可用雪崩型光电探测器。短时间发射出一大片面阵激光，再借助高度灵敏的接收器，来完成对环境周围图像的绘制。Flash 因其芯片级工艺，结构简单，易过车规，成为目前纯固态激光雷达最主流的技术方案。但功率密度低，导致其有效距离一般难以超过 50 米，分辨率也较低。
b）OPA：利用相干原理，采用多个光源组成阵列，通过调节发射阵列中每个发射单元的相位差，来控制输出激光束的方向。优势是完全由电信号控制扫描方向，无任何机械元件，体积小，扫描速度快，精度高，一个激光雷达就可能覆盖近/中/远距离的目标探测。但是该技术对材料和工艺要求极为苛刻，易形成旁瓣影响光束作用距离和角分辨率，技术壁垒高，目前尚处于实验室阶段，距离真正落地还需时间。

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2.3 测距方式：主流采用 ToF 方案，未来 FMCW 和 ToF 将并存
测距方式主要分为 TOF、FMCW 和三角测距法三种。
1）ToF（飞行时间）：根据发射激光与回波信号的时间差计算得到目标物的距离信息，具有响应速度快、探测精度高的特点，在激光雷达传感器领域应用多年。
2）FMCW（调频连续波）：通过回波信号与参考光根据相干原理得到频率差，从而间接获得飞行时间反推目标物距离。
3）三角测距法：由激光器发射激光，线性 CCD 接收反射光，不同距离的物体成像在 CCD 上不同的位臵。根据三角公式进行计算，推导出被测物体的距离。独特的测距方式决定了其精度低，测距短，应用较少。

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目前市场主要采用 ToF 方案，如机械式、混合固态、固态等常见扫描方式均采用 ToF 原理进行测距。但 FMCW 具有灵敏度高（高出 ToF 10 倍以上），抗干扰能力强，可长距离探测，功耗低等优点，越发受到激光雷达产业链重视，我们认为随着未来技术迭代，FMCW 将与 ToF 在市场并存。（报告来源：未来智库）
2.4 接收系统：探测器由 APD 逐渐向 SPAD 发展，最终有望走向 SiPM
按接收系统的探测器类型分，逐渐由 APD 向 SPAD 发展，最终有望走向 SiPM 。探测器根据增益能力不同，可以分为 PIN PD、APD、SPAD （单光子雪崩二极管）和 SiPM（光电倍增管）四类。
1）PIN PD（光电二极管）：成本较低，缺点是探测速度较慢，适用于不需要增益的 FMCW 激光雷达。
2）APD（雪崩光电二极管）：技术成熟，缺点是探测器噪声较高，是目前主流 ToF 激光雷达的主要选择。
3）SPAD（单光子雪崩二极管）：具备单光子探测能力，灵敏度高，可实现低激光功率下的远距离探测能力，但过于敏锐的接收特征也提升了电路设计等工艺的难度，抬高了制造成本。