激光雷達(dá)進(jìn)化史：從機(jī)械式到全固態(tài)

激光雷達(dá)是集激光、全球定位系統(tǒng)（GPS）、和IMU（慣性測(cè)量裝置）三種技術(shù)于一身的系統(tǒng)，相比普通雷達(dá)，激光雷達(dá)具有分辨率高，隱蔽性好、抗干擾能力更強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。

隨著科技的不斷發(fā)展，激光雷達(dá)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，在機(jī)器人、無(wú)人駕駛、無(wú)人車等領(lǐng)域都能看到它的身影。它是以激光作為探測(cè)手段，通過(guò)測(cè)量光脈沖的飛行時(shí)間來(lái)計(jì)算距離，進(jìn)而構(gòu)建出周圍環(huán)境的立體圖像。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，激光雷達(dá)也經(jīng)歷了從機(jī)械式到混合固態(tài)，再到全固態(tài)的演變。

近期，明治重磅推出了全固態(tài)激光雷達(dá)AS5000，開啟了新年3D空間智能感知的新篇章。

那么本期干貨內(nèi)容，小明將帶您深入了解這三種不同類型的激光雷達(dá)原理和選型秘訣，揭開它們神秘的面紗！

機(jī)械式激光雷達(dá)

機(jī)械式激光雷達(dá)是發(fā)展歷史最為悠久的，這類激光雷達(dá)的發(fā)射器和接收器都安裝在旋轉(zhuǎn)部件上，通過(guò)電機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)光機(jī)結(jié)構(gòu)整體 360° 旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)全方位的環(huán)境感知。

機(jī)械式激光雷達(dá)通常包括發(fā)射器、接收器和旋轉(zhuǎn)鏡片，這些組件共同作用以生成高精度的雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

明治傳感擁有豐富的?機(jī)械式單線激光雷達(dá)產(chǎn)品系，避障型、導(dǎo)航型可選。掃描范圍360°，最高掃描頻率30Hz串口(Type-C?接口)通訊，可在線輸出測(cè)量數(shù)據(jù)(含各方向距離和光強(qiáng)數(shù)據(jù))

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優(yōu)點(diǎn)：機(jī)械式激光雷達(dá)具有較高的精度和分辨率，適用于長(zhǎng)距離探測(cè)和高精度測(cè)繪任務(wù)。例如，在自動(dòng)駕駛汽車中，機(jī)械式激光雷達(dá)可以提供精確的環(huán)境感知能力，幫助車輛進(jìn)行路徑規(guī)劃和障礙物檢測(cè)。

缺點(diǎn)：由于其復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，機(jī)械式激光雷達(dá)體積較大、成本較高，并且容易受到振動(dòng)和環(huán)境因素的影響，因此在量產(chǎn)和可靠性方面存在一定的局限性。

混合固態(tài)激光雷達(dá)

既要滿足體積小，又要精度高、視角廣，半固態(tài)激光雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生。

混合固態(tài)激光雷達(dá)是一種介于機(jī)械式和全固態(tài)之間的技術(shù)，它結(jié)合了機(jī)械部件和固態(tài)部件的優(yōu)點(diǎn)。混合固態(tài)激光雷達(dá)通常采用固定發(fā)射器和接收器，通過(guò)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)的反射鏡或轉(zhuǎn)鏡來(lái)改變激光束的方向，從而實(shí)現(xiàn)掃描。

根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件類型不同，混合固態(tài)激光雷達(dá)又可以細(xì)分為轉(zhuǎn)鏡類混合固態(tài)激光雷達(dá)、MEMS混合固態(tài)激光雷達(dá)和棱鏡類混合固態(tài)激光雷達(dá)。

優(yōu)點(diǎn)：混合固態(tài)激光雷達(dá)相比機(jī)械式激光雷達(dá)體積更小、成本更低，同時(shí)具備一定的掃描速度和可靠性。例如，MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）激光雷達(dá)利用微型鏡片快速掃描，能夠?qū)崿F(xiàn)較高的幀率和較低的功耗。

缺點(diǎn)：混合固態(tài)激光雷達(dá)的視場(chǎng)角（FOV）相對(duì)較小，且掃描線數(shù)有限，因此在某些需要大范圍掃描的應(yīng)用中可能表現(xiàn)不佳。

全固態(tài)激光雷達(dá)

Flash技術(shù) OPA技術(shù)

這里的固態(tài)，不是我們?nèi)粘＠斫獾囊簯B(tài)、固態(tài)，而是指雷達(dá)內(nèi)部完全沒有運(yùn)動(dòng)部件，僅通過(guò)半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)光束的發(fā)射、掃描和接收。它取消了復(fù)雜和高頻轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)，不僅能降低物料和量產(chǎn)成本，也能提升產(chǎn)品可靠性、生產(chǎn)效率和一致性，還將體積有效的壓縮，符合車規(guī)，潛力巨大，隨著技術(shù)的進(jìn)步，全固態(tài)激光雷達(dá)的成本正在逐漸降低，并且在某些應(yīng)用中表現(xiàn)出較高的性價(jià)比。目前常見固態(tài)激光雷達(dá)分為光學(xué)相控陣（OPA）和閃光式（Flash）。

Flash固態(tài)激光雷達(dá)：

采用類照相機(jī)工作模式，它原理是短時(shí)間向前方發(fā)射大面積覆蓋的激光，就好比連續(xù)打開的手電筒，通過(guò)高度靈敏的接收器實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境周圍圖像的繪制，一次性實(shí)現(xiàn)全局成像。

Flash激光雷達(dá)的原理類似于拍照，但最終生成的數(shù)據(jù)包含了深度等3D數(shù)據(jù)，而它也是目前純固態(tài)激光雷達(dá)最主流的技術(shù)方案。

這種技術(shù)雖然探測(cè)距離較短，但具有較高的探測(cè)精度和快速掃描能力

OPA固態(tài)激光雷達(dá)：

高系統(tǒng)集成度的光學(xué)相控陣技術(shù)（OPA）能夠滿足在自動(dòng)駕駛和無(wú)人機(jī)測(cè)繪等應(yīng)用中表現(xiàn)出色，滿足全固態(tài)、小型化的發(fā)展需求。

利用光束的相位控制技術(shù)，無(wú)需機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，能夠?qū)崿F(xiàn)快速掃描和高分辨率成像。具有高精度和大掃描范圍的特點(diǎn)。

激光器功率均分到多路相位調(diào)制器陣列，光場(chǎng)通過(guò)光學(xué)天線發(fā)射，在空間遠(yuǎn)場(chǎng)相干疊加形成一個(gè)具有較強(qiáng)能量的光束。

經(jīng)過(guò)特定相位調(diào)制后的光場(chǎng)在發(fā)射天線端產(chǎn)生波前的傾斜，從而在遠(yuǎn)場(chǎng)反映成光束的偏轉(zhuǎn)，通過(guò)施加不同相位，可以獲得不同角度的光束形成掃描的效果。

由于沒有機(jī)械部件，OPA可以通過(guò)控制每個(gè)元件的相位和振幅來(lái)實(shí)現(xiàn)快速掃描，從而提高系統(tǒng)的掃描速度。

綜上所述，機(jī)械式、半固態(tài)和全固態(tài)激光雷達(dá)各有千秋，它們?cè)诓煌膽?yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮著不可替代的作用。

機(jī)械式激光雷達(dá)以其高精度和遠(yuǎn)距離探測(cè)能力，在自動(dòng)駕駛汽車和測(cè)繪領(lǐng)域獨(dú)占鰲頭；

半固態(tài)激光雷達(dá)則以其較小的體積、較高的穩(wěn)定性和相對(duì)低廉的成本，成為眾多智能設(shè)備的首選；

而全固態(tài)激光雷達(dá)，憑借其超小的體積、超高的掃描頻率和潛在的低成本優(yōu)勢(shì)，正逐步成為未來(lái)智能技術(shù)發(fā)展的主流方向。

隨著技術(shù)的不斷突破和成本的進(jìn)一步降低，激光雷達(dá)技術(shù)必將不斷突破，在更多領(lǐng)域大放異彩，為大家?guī)?lái)更加智能、便捷的體驗(yàn)。