雷射雷達的組成部分有哪些,它的分類又是如何

打開APP

雷射雷達的組成部分有哪些，它的分類又是如何

好嘿科技 發表於 2020-04-07 17:46:03

（文章來源：好嘿科技）

雷射雷達由發射系統、接收系統 、信息處理三部分組成。雷射雷達的工作原理是利用可見和近紅外光波（多為950nm波段附近的紅外光）發射、反射和接收來探測物體。根據結構，雷射雷達分為機械式雷射雷達、固態雷射雷達和混合固態雷射雷達。

機械雷射雷達，是指其發射系統和接收系統存在宏觀意義上的轉動，也就是通過不斷旋轉發射頭，將速度更快、發射更準的雷射從「線」變成「面」，並在豎直方向上排布多束雷射，形成多個面，達到動態掃描並動態接收信息的目的。因為帶有機械旋轉機構，所以機械雷射雷達外表上最大的特點就是自己會轉，個頭較大。

如今機械雷射雷達技術相對成熟，但價格昂貴，暫時給主機廠量產的可能性較低；同時存在光路調試、裝配複雜，生產周期漫長，機械旋轉部件在行車環境下的可靠性不高，難以符合車規的嚴苛要求等不足。機械式雷射雷達在工作時發射系統和接收系統會一直360度地旋轉，而混合固態雷射雷達工作時，單從外觀上是看不到旋轉的，巧妙之處是將機械旋轉部件做得更加小巧並深深地隱藏在外殼之中。

業內普遍認為，混合固態雷射雷達指用半導體「微動」器件（如MEMS掃描鏡）來代替宏觀機械式掃描器，在微觀尺度上實現雷達發射端的雷射掃描方式。MEMS掃描鏡是一種矽基半導體元器件，屬於固態電子元件；但是MEMS掃描鏡並不「安分」，內部集成了「可動」的微型鏡面；由此可見MEMS掃描鏡兼具「固態」和「運動」兩種屬性，故稱為「混合固態」。

對於雷射雷達來說，MEMS最大的價值在於：原本為了機械式雷射雷達實現掃描，必須使雷射發射器轉動。而MEMS微機電系統可以直接在矽基晶片上集成體積十分精巧的微振鏡，由可以旋轉的微振鏡來反射雷射器的光線，從而實現掃描。

這樣一來，雷射雷達本身不用再大幅度地進行旋轉，可以有效降低整個系統在行車環境出現問題的機率。另外，主要部件運用晶片工藝生產之後，量產能力也得以大幅度提高，有利於降低雷射雷達的成本，可以從上千乃至上萬美元降低到數百美元。相比於機械式雷射雷達，固態雷射雷達結構上最大的特點就是沒有了旋轉部件，個頭相對較小。

固態雷射雷達的優點包括了：數據採集速度快，解析度高，對於溫度和振動的適應性強；通過波束控制，探測點（點雲）可以任意分布，例如在高速公路主要掃描前方遠處，對於側面稀疏掃描但並不完全忽略，在十字路口加強側面掃描。而只能勻速旋轉的機械式雷射雷達是無法執行這種精細操作的。從使用的技術上，固態雷射雷達分為OPA固態雷射雷達和Flash固態雷射雷達。

OPA（optical phased array）光學相控陣技術。對軍事有所了解的讀者，應該會知道相控陣雷達，美海軍宙斯盾艦上那一塊蜂窩狀的「板子」就是它。而光學相控陣使用的即是原理相同的技術。OPA運用相干原理（類似的是兩圈水波相互疊加後，有的方向會相互抵消，有的會相互增強），採用多個光源組成陣列，通過控制各光源發光時間差，合成具有特定方向的主光束。然後再加以控制，主光束便可以實現對不同方向的掃描。

相對於MEMS，這一技術的電子化更加徹底，它完全取消了機械結構，通過調節發射陣列中每個發射單元的相位差來改變雷射的出射角度。因為沒有任何機械結構，自然也沒有旋轉。所以相比傳統機械式雷達，OPA固態雷射雷達有掃描速度快、精度高、可控性好、體積小等優點。但也易形成旁瓣，影響光束作用距離和角解析度，同時生產難度高。

Flash原本的意思為快閃。而Flash雷射雷達的原理也是快閃，不像MEMS或OPA的方案會去進行掃描，而是短時間直接發射出一大片覆蓋探測區域的雷射，再以高度靈敏的接收器，來完成對環境周圍圖像的繪製。因此，Flash固態雷射雷達屬於非掃描式雷達，發射面陣光，是以2維或3維圖像為重點輸出內容的雷射雷達。某種意義上，它有些類似於黑夜中的照相機，光源由自己主動發出。

Flash固態雷達的一大優勢是它能快速記錄整個場景，避免了掃描過程中目標或雷射雷達移動帶來的各種麻煩。不過，這種方式也有自己的缺陷，比如探測距離較近。這意味著Flash固態雷射雷達沒有「遠視眼」，在實際使用中不適合遠程探測，而業內專家堅信，全自動駕駛汽車上搭載的雷射雷達至少一眼就得看到200到300米外的物體。

其實Flash固態雷射雷達的成本還是相對低，但基於3D Flash技術的固態雷射雷達，在技術的可靠性方面還存在問題。

（責任編輯：fqj）

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴