物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的自動駕駛的“眼睛”_純固態(tài)激光雷達

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中為什么要使用純固態(tài)激光雷達

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用純固態(tài)激光雷達的原因主要基于其獨特的優(yōu)勢和應用價值，這些優(yōu)勢使得純固態(tài)激光雷達在物聯(lián)網(wǎng)的多個領域中都發(fā)揮著重要作用。以下是詳細的分析：

純固態(tài)激光雷達的優(yōu)勢

1、高精度和高分辨率：

純固態(tài)激光雷達能夠?qū)崿F(xiàn)對目標的精確測量和識別，其高精度和高分辨率的特性使得它在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中能夠提供更準確的數(shù)據(jù)支持。

2、高可靠性和低故障率：

相比傳統(tǒng)的機械激光雷達，純固態(tài)激光雷達沒有機械轉(zhuǎn)動部件，因此具有更高的可靠性和更低的故障率。這對于需要長時間穩(wěn)定運行的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來說至關重要。

3、易于集成和低成本：

純固態(tài)激光雷達的固態(tài)器件體積小、重量輕，易于集成到各種物聯(lián)網(wǎng)設備中。同時，其生產(chǎn)成本相對較低，有利于降低物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體成本。

4、高安全性和低風險：

純固態(tài)激光雷達能夠?qū)崿F(xiàn)對目標的精確測距和識別，有效提高了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在復雜環(huán)境中的安全性，降低了潛在的風險。

5、探測距離遠、抗干擾能力強：

純固態(tài)激光雷達具有較遠的探測距離和強大的抗干擾能力，能夠在復雜環(huán)境中穩(wěn)定工作，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

純固態(tài)激光雷達在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的應用

1、自動駕駛：

在自動駕駛汽車中，純固態(tài)激光雷達能夠?qū)崟r感知周圍環(huán)境，提供高精度的距離、速度和方向信息，為自動駕駛決策提供可靠支持。

2、機器人導航與避障：

在機器人領域，純固態(tài)激光雷達可以幫助機器人實現(xiàn)精準導航和避障功能，提高機器人在復雜環(huán)境中的自主移動能力。

3、無人機定位與測繪：

無人機搭載純固態(tài)激光雷達可以實現(xiàn)精準定位和測繪功能，為地理信息采集、環(huán)境監(jiān)測等領域提供高效、準確的解決方案。

4、智能家居與安防：

在智能家居和安防領域，純固態(tài)激光雷達可以用于人體檢測、入侵報警等場景，提高家居安全和安防系統(tǒng)的智能化水平。

5、智能交通系統(tǒng)：

純固態(tài)激光雷達可以用于智能交通系統(tǒng)中，實現(xiàn)車輛檢測、交通流量統(tǒng)計、交通擁堵分析等功能。通過實時監(jiān)測道路交通情況，可以為交通管理部門提供數(shù)據(jù)支持，優(yōu)化交通流組織和交通管理。

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用純固態(tài)激光雷達的原因主要在于其高精度、高可靠性、易于集成、低成本以及廣泛的應用價值。純固態(tài)激光雷達的這些優(yōu)勢使得它在自動駕駛、機器人、無人機、智能家居等多個物聯(lián)網(wǎng)領域中都發(fā)揮著重要作用，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能化、高效化提供了有力支持。

本文會再為大家詳解激光雷達家族中的一員——純固態(tài)激光雷達

純固態(tài)激光雷達的定義

理論上來說，固態(tài)激光雷達是完全沒有移動部件的雷達，光相控陣（Optical Phased Array）及Flash是其典型技術路線，也被認為是純固態(tài)激光雷達方案。

但近年來，一些非完全旋轉(zhuǎn)的激光雷達也被統(tǒng)稱為“固態(tài)激光雷達”，它們具備了固態(tài)激光雷達很多的性能特點，如分辨率高、有限水平FOV（前向而不是360°）等，但這些技術方案會有一些微小的移動部件，從嚴格意義上來說不能算純固態(tài)激光雷達。

純固態(tài)激光雷達的原理

固態(tài)激光雷達主要是依靠波的反射或接收來探測目標的特性，大多源自三維圖像傳感器的研究，實際源自紅外焦平面成像儀，焦平面探測器的焦平面上排列著感光元件陣列，從無限遠處發(fā)射的紅外線經(jīng)過光學系統(tǒng)成像在系統(tǒng)焦平面的這些感光元件上，探測器將接受到光信號轉(zhuǎn)換為電信號并進行積分放大、采樣保持，通過輸出緩沖和多路傳輸系統(tǒng)，最終送達監(jiān)視系統(tǒng)形成圖像。

純固態(tài)激光雷達的分類

3.1.MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）微機電系統(tǒng)

MEMS指代的是將機械機構進行微型化、電子化的設計，將原本體積較大的機械結構通過微電子工藝集成在硅基芯片上，進行大規(guī)模生產(chǎn)。技術成熟，完全可以量產(chǎn)。主要是通過MEMS微鏡來實現(xiàn)垂直方面的一維掃描，整機360度水平旋轉(zhuǎn)來完成水平掃描，而其光源是采用光纖激光器，這主要是由于905納米的管子重頻做不高，重頻一高平均功率就會太大，會影響激光管的壽命。

采用微振鏡對進行激光束的偏轉(zhuǎn)，它需要有平整的鏡面，將機械式的激光雷達的旋轉(zhuǎn)部件微縮.從嚴格意義上來說，MEMS并不算是純固態(tài)激光雷達，這是因為在MEMS方案中并沒有完全消除機械，而是將機械微型化了，掃描單元變成了MEMS微鏡。

3.2.OPA（optical phased array）光學相控陣技術

相比其他技術方案，OPA方案給大家描述了一個激光雷達芯片級解決方案的美好前景，它主要是采用多個光源組成陣列，通過控制各光源發(fā)光時間差，合成具有特定方向的主光束。然后再加以控制，主光束便可以實現(xiàn)對不同方向的掃描。雷達精度可以做到毫米級，且順應了未來激光雷達固態(tài)化、小型化以及低成本化的趨勢，但難點在于如何把單位時間內(nèi)測量的點云數(shù)據(jù)提高以及投入成本巨大等問題。

通過外加電壓改變液晶的取向，從而實現(xiàn)不同陣元的相位調(diào)節(jié);驅(qū)動電壓小，易大面積集成，最大掃描角度+10°，掃描速度在亳秒量級。但響應速度較慢，目前可達200us。掃描精度較大。因為硅具有較高的熱光系數(shù)，目前主要集中于如何有效地減小陣列串擾、提高掃描精度、增大掃描角度、提高熱穩(wěn)定性等問題，而且由于片上光功率較低，使得遠距離探測存在困難.

3.3.Flash

Flash激光雷達的原理也是快閃，它不像MEMS或OPA的方案會去進行掃描，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。主要問題是探測距離近，在技術的可靠性方面存在問題，F(xiàn)lash激光雷達的距離分辨率力和角度分辨力主要取決于焦平面探測器陣列，焦平面探測器陣列使用PIN型光電探測器(近距離)或是雪崩光電探測器(遠距離，價格昂貴)。

純固態(tài)激光雷達的優(yōu)劣勢

利用光學相控陣掃描技術的固態(tài)激光雷達的確有很多優(yōu)勢，例如：

其結構簡單，尺寸小，無需旋轉(zhuǎn)部件，在結構和尺寸上可以大大壓縮，提高使用壽命并使其成本降低。

掃描精度高，光學相控陣的掃描精度取決于控制電信號的精度，可以達到千分之一度量級以上。

可控性好，在允許的角度范圍內(nèi)可以做到任意指向，可以在重點區(qū)域進行高密度的掃描。

掃描速度快，光學相控陣的掃描速度取決于所用材料的電子學特性，一般都可以達到MHz量級。

當然固態(tài)激光雷達也同樣存在一些劣勢，如：

掃描角有限，固態(tài)意味著激光雷達不能進行360度旋轉(zhuǎn)，只能探測前方。因此要實現(xiàn)全方位掃描，需在不同方向布置多個（至少前后兩個）固態(tài)激光雷達

旁瓣問題，光柵衍射除了中央明紋外還會形成其他明紋，這一問題會讓激光在最大功率方向以外形成旁瓣，分散激光的能量。

加工難度高，光學相控陣要求陣列單元尺寸必須不大于半個波長，一般目前激光雷達的工作波長均在1微米左右，故陣列單元的尺寸必須不大于500nm。而且陣列密度越高，能量也越集中，這都提高了對加工精度的要求，需要一定的技術突破。

接收面大、信噪比差：傳統(tǒng)機械雷達只需要很小的接收窗口，但固態(tài)激光雷達卻需要一整個接收面，因此會引入較多的環(huán)境光噪聲，增加了掃描解析的難度。

純固態(tài)激光雷達的廠商

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供應商A:北醒

https://www.benewake.com/

1、產(chǎn)品能力

（1）選型手冊

北醒企業(yè)宣傳冊.pdf

（2）主推型號1:Horn-X2長距高清3D激光雷達

對應的產(chǎn)品詳情介紹

北醒 Horn-X2 Pro 是一款集高性能、高安全性、高可靠性為一體的三維激光雷達，可適用于車路協(xié)同

（V2X）、智慧機場、智慧鐵路和智慧航運等多種大交通應用場景。該激光雷達擁有高垂直角分辨率，

可生成最高 600 線束高密度點云，輕松感知周圍環(huán)境。得益于先進的設計，Horn-X2 Pro 激光雷達可

有效地抵抗強環(huán)境光的干擾，在惡劣的天氣條件下也可穩(wěn)定工作。Horn-X2 Pro 支持多種工作模式，可

根據(jù)客戶需求定制產(chǎn)品的性能參數(shù)，以此精準匹配客戶的各種復雜需求。

參數(shù)

尺寸外觀

2、支撐

（1）技術產(chǎn)品

技術資料

Horn-X2 Pro規(guī)格書.pdf

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審核編輯 黃宇