激光雷達分類

根據掃描模塊結構劃分，激光雷達可大致分為：機械式（Mechanical Lidar）、半固態、固態（Solid-State Lidar）三種。機械式指整體 360° 旋轉；半固態式指收發模塊靜止，僅掃描器發生機械運動；固態式指無任何機械運動部件。

機械式激光雷達，是最早進入市場、最成熟的一種技術路線。它是指的在垂直方向上排布多束激光器、通過電機帶動光電結構 360°旋轉，從而化點為線形成三維點云的方案，其線數與分辨率成正比，具有高分辨率、高測距的特點。

半固態激光雷達，因為可轉動的部位更少，也就越穩定，制造成本越低。比如轉鏡方案中，它的收發模塊保持不動，電機在帶動轉鏡運動的過程中將光束反射至空間的一定范圍，從而實現掃描探測。而微振鏡方案，則采用高速振動的二維 MEMS 微振鏡實現對空間一定范圍的掃描測量。

 Flash、OPA 等純固態激光雷達設計中沒有任何運動部件，理論上體積可縮到所有方案中最小，一直被認為是車載激光雷達的終極形態。

 國內主機廠選擇上車的激光雷達主要采用混合固態（包括轉鏡、棱鏡、MEMS）方案。究其原因主要有兩點：

 ·一是，混合固態較機械式激光雷達更易降低成本，同時與純固態（OPA、Flash）相比，技術相對成熟，更易實現商業化落地。

 ·二是，轉鏡方案（法雷奧為代表）是第一個過車規、成本可控，可滿足車企性能要求，且實現批量供貨的技術方案。

小鵬 P5 搭載的 2 顆激光雷達（安裝在前保險杠兩側），來自大疆 Livox 定制版車規級 Horiz  浩界，采用雙棱鏡掃描方案，最大探測距離為 150m（@10%反射率），橫向視場角 120 度，角分辨率為 0.16°*0.2°，點云密度等效于  144 線激光雷達。

技術路線

機械式激光雷達

高線數機械式方案

通過電機帶動光機結構整體旋轉的機械式激光雷達是激光雷達經典的技術架構，其技術發展的創新點體現在系統通道數目的增加、測距范圍的拓展、空間角度分辨率的提高、系統集成度與可靠性的提升等。

半固態式激光雷達

轉鏡方案

轉鏡方案中收發模塊保持不動，電機在帶動轉鏡運動的過程中將光束反射至空間的一定范圍，從而實現掃描探測。轉鏡也是較為成熟的激光雷達技術方案，其技術創新體現之處與高線數機械式方案類似。

微振鏡方案

微振鏡方案采用高速振動的二維振鏡實現對空間一定范圍的掃描測量。微振鏡方案的技術創新體現在開發口徑更大、頻率更高、可靠性更好的振鏡，以適用于激光雷達的技術方案。

固態式激光雷達

OPA 方案

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系，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范圍的掃描測量。OPA 技術取消了機械運動部件，是純固態式激光雷達的一種發展方向。

電子掃描方案

電子掃描方案中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，是純固態激光雷達的一種發展方向。其架構比整體曝光所有收發單元的 Flash 固態式激光雷達更先進。

FMCW 激光雷達

連續波調頻方案

FMCW 激光雷達發射調頻連續激光，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，同時也能夠根據多普勒頻移信息直接測量目標物的速度，其技術發展方向為利用硅基光電子技術實現激光雷達系統的芯片化。

激光雷達分類

根據有無機械部件來分，激光雷達可分為機械激光雷達和固態激光雷達。其中，機械激光雷達帶有控制激光發射角度的旋轉部件，而固態激光雷達則無需機械旋轉部件，主要依靠電子部件來控制激光發射角度。固態激光雷達被認為是未來的大勢所趨，但目前占據主流地位的仍然是機械激光雷達。

·機械激光雷達主要由光電二極管、MEMS 反射鏡、激光發射接受裝置等組成，其中機械旋轉部件是指可 360° 控制激光發射角度的 MEMS 發射鏡。

·固態激光雷達則與機械激光雷達不同，它通過光學相控陣列（Optical Phased Array，OPA）、光子集成電路（Photonic  IC）以及遠場輻射方向圖（Far Field Radiation Pattern）等電子部件代替機械旋轉部件實現發射激光角度的調整。

由于內部結構有所差別，兩種激光雷達的大小也不盡相同，機械激光雷達體積更大，總體來說價格更為昂貴，但測量精度相對較高。而固態激光雷達尺寸較小，成本低，但測量精度相對會低一些。

此外，相比固態激光雷達，機械激光雷達有一個更為明顯的優勢就是其 360°  視場，可以在機器人或汽車的頂部固定安裝一個激光雷達，便可360°感知周圍環境。反觀固態激光雷達，需要固定在某些適當的位置，視場角一般在 120°  以內。因此，如應用于無人車中，至少需要用到 4 臺才能達到機械式激光雷達一樣的覆蓋范圍，數量越多，也意味著成本越高。

固態激光雷達還有另一個不大明顯的優勢，人眼安全法規允許運動的激光源發射比固定激光源更高的功率。所有1級安全系統的設計必須確保人員不眨眼直視激光設備數秒鐘，仍然不會受到傷害。

固態激光雷達

目前，固態激光雷達的實現方式有微機電系統（MEMS）、面陣閃光（Flash）技術和光學相控陣（OPA）技術。

·MEMS 采用微掃描振鏡結構進行激光束偏轉，但是掃描范圍受限于振鏡的偏轉范圍。

·Flash 技術采用類似照相機的工作模式，感光元件的每個像素點可以記錄光子飛行的時間信息，由此能夠輸出具有深度信息的“三維”圖像，但該技術視場角（FOV）受限，掃描速率較低。

·OPA  掃描技術是基于微波相控陣列掃描理論和技術發展起來的新型光束指向控制技術，具有無慣性器件、精確穩定、方向可任意控制等優點。其工作原理為：激光器功率均分到多路相位調制器陣列，光場通過光學天線發射，在空間遠場相干疊加形成一個具有較強能量的光束；經過特定相位調制后在光場的發射天線端產生波前的傾斜，從而在遠場反映成光束的偏轉，通過施加不同相位，可以獲得不同角度的光束形成掃描的效果，無須機械掃描。

固態技術的緊湊芯片特性使得 LiDAR  不僅更堅固，而且還有助于節省掃描儀內的結構空間，使掃描儀達到極小的尺寸并降低成本。由于體積小，固態激光雷達可以集成到車輛、基礎設施和建筑結構中。特別是在汽車領域，“得固態  LiDAR 者，得自動駕駛天下”已成為行業共識，為汽車 LiDAR 傳感器提供同時具有美觀和魯棒性的解決方案。

我國的 鐳神智能、北科天繪、速騰聚創、禾賽科技 等已經開始在 MEMS 激光雷達領域展開研究，但仍未大規模商用；LeddarTech、北醒科技、光珀智能、華科博創 等公司在 Flash 激光雷達領域不斷推出產品。Quanergy 公司將相控陣列激光雷達引入商業視野，正研發適用于車內傳感系統和無人駕駛汽車的全固態激光雷達。

總之，具有大掃描角度、高分辨率等性能的全固態、小型化激光雷達仍然需要進一步的研究。

MEMS 激光雷達

MEMS 激光雷達是一種利用激光實現三維空間成像的傳感器，是自動駕駛車輛中最為核心的傳感器。它利用 MEMS 微振鏡將出射激光在空間中做極快速的掃描，通過測量激光信號從而獲得立體空間中的距離信息。MEMS 激光雷達具有高分辨率、車規級可靠性和低成本的特點。

激光雷達是激光探測及測距系統的簡稱，主要構成要素包括發射系統、接收系統和信號處理系統。激光雷達系統的核心組件主要有激光器、掃描器及光學組件、光電探測器及接收 IC，以及位置和導航器件等，可提供高分辨率的幾何圖像、距離圖像、速度圖像。

智能駕駛分為感知-決策-執行層三個層級，感知層主要的傳感器包括攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達、激光雷達和紅外傳感器。關于自動駕駛的傳感器配置，業內主要有兩方陣營，一方是以特斯拉為首的“視覺派”，另一方則以造車新勢力為主的“多傳感器融合派”，走攝像頭、激光雷達等多傳感器融合方案。

·視覺派是用攝像頭主導+毫米波雷達用于環境感知，優點是低成本，缺點是在精度、視野和穩定性上都有局限性。視覺派在 L2 及以下的自動駕駛為主流，以攝像頭的數據為主導，本質“輕數據重算法”，需要不斷提升算法能力。

·激光雷達、攝像頭、毫米波等多傳感融合方案，優點是更高的精確度，但缺點是成本高昂，本質為“重數據輕算法”。

激光雷達產品按結構可以分為發射系統、掃描系統、接收系統和信息處理系統。按照光源波長，激光雷達可分為近紅外激光（880nm/905nm）和中、遠紅外激光（1350nm/1550nm），其中近紅外激光對人眼安全存在風險。按照掃描系統，可分為機械式、混合固態和固態激光雷達，其中激光雷達創新方案有  MEMS 振鏡方案，混合固態轉鏡以及雙棱鏡方案等。