四種不同雷射雷達有何區別

2021-02-08 電子發燒友
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四種不同雷射雷達有何區別

中電網 發表於 2021-01-15 16:12:57

　　2020 年，Apple 在新款 iPad Pro、iPhone 12 Pro 和 iPhone 12 Pro Max 上搭載 dToF 雷射雷達模組。讓雷射雷達再次引發民眾討論。

　　雖然蘋果產品上搭載的雷射雷達也是基於飛行時間原理，但從產品要求以及客戶群體來看，消費電子應用的雷射雷達與無人駕駛、高級輔助駕駛、機器人、車聯網應用的雷射雷達區別很大。特別是消費電子對雷射雷達模組的體積和功耗要求更為嚴格。

　　雷射雷達產業自誕生以來，緊跟底層器件的前沿發展。隨著雷射雷達技術的發展，從單點雷射雷達到如今技術方案不斷創新的固態式雷射雷達、FMCW 雷射雷達，雷射雷達一直以來都備受消費電子、無人駕駛、機器人、車聯網等行業的關注。

　　目前，雷射雷達通常分為機械式雷射雷達、純固態式雷射雷達、半固態雷射雷達。其中，半固態雷達以轉鏡式、旋鏡式、振鏡式三類為代表。而固態雷射雷達主要有 MEMS、OPA、Flash 三大技術方向。

　　機械式雷射雷達

　　機械式雷射雷達的經典架構主要是通過電機帶動光機結構整體旋轉，一般在系統通道數目的增加、測距範圍的拓展、空間角度解析度的提高、系統集成度與可靠性的提升等方面進行技術的創新。機械式雷射雷達具有掃描速度快，接受視場小，抗光幹擾能力強，信噪比高等優勢，缺點在於價格昂貴，光路調試、裝配複雜、生產周期漫長、行車環境下可靠性不高。

　　半固態式雷射雷達

　　半固態式雷射雷達可以分為轉鏡式、微振鏡式等。其中，轉鏡式保持收發模塊不動，讓電機在帶動轉鏡運動的過程中將光束反射至空間的一定範圍，從而實現掃描探測，其技術創新方面與機械式雷射雷達類似。

　　微振鏡式主要採用高速振動的二維振鏡實現對空間一定範圍的掃描測量，技術發展方面側重開發口徑更大、頻率更高、可靠性更好振鏡來適用於雷射雷達。微鏡振動幅度很小，頻率高，成本低，技術成熟，適用於量產大規模應用。

　　純固態式雷射雷達

　　一般認為，純粹的固態雷射雷達只有兩種，一種是光學相控陣 OPA，一種是 Flash。OPA 即光學相控陣技術，通過施加電壓調節每個相控單元的相位關係，利用相干原理，實現發射光束的偏轉，從而完成系統對空間一定範圍的掃描測量。

　　電子掃描式主要按照時間順序通過依次驅動不同視場的收發單元實現掃描，系統內沒有機械運動部件。其架構比整體曝光所有收發單元的 Flash 固態式雷射雷達更先進。

　　Flash 雷射雷達主要是通過短時間直接發射出一大片覆蓋探測區域的雷射，再以高度靈敏的面陣接收器，來完成對環境周圍圖像的繪製。

　　純固態式雷射雷達因掃描速度快、精度高、可控性好、體積小等特點被認為是未來雷射雷達的發展趨勢，但純固態雷射雷達技術並沒有完全成熟。

　　FMCW 雷射雷達

　　FMCW 雷射雷達發射調頻連續雷射，通過回波信號與參考光進行相干拍頻得到頻率差，從而間接獲得飛行時間反推目標物距離，同時也能夠根據都卜勒頻移信息直接測量目標物的速度，技術發展方向有利用矽基光電子技術實現雷射雷達系統的晶片化。

　　FMCW 雷射雷達可實現更高的探測靈敏度和精度，適合矽光子和相控陣技術低成本批量生產，並且可以有效阻止其他雷達的幹擾。但是，對元件的功耗處理能力要求很高是限制該技術的基本因素，若要獲得市場認可，其中的雷射器必須要在調頻速度、調頻範圍、線性度、雷射相干性、滿足車規以及能夠低成本量產等多方面取得進展。

　　基於不同雷射雷達的優劣勢，國內外廠商在技術方面選擇不同陣營。

　　目前機械式雷射雷達的玩家主要有：禾賽、Velodyne、速騰、Ouster 等。

　　混合固態雷射雷達的玩家主要有：基於 MEMS 的速騰、Innoviz，基於轉鏡式的大疆 Livox、法雷奧、Luminar 等。

　　而純固態雷射雷達玩家有： Quanergy、Ibeo 等。

　　雷射雷達固態化是未來趨勢，有著小型化、低成本優勢。固態雷射雷達無需旋轉部件，因而體積更小，十分方便集成在車身內部，並且隨著系統可靠性的不斷提升，成本也可大幅降低。因此，雷射雷達有向固態發展的趨勢。
編輯：hfy

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