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如前文所述，激光雷达（LiDAR）是由发射系统、接收系统、信息处理系统三部分组成，他的运作机理跟雷达类似，就是激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，然后接收器接收到反射回来的光脉冲，根据信息处理系统运用一系列算法得出目标的位置、运动状态和形状等等。他跟雷达（毫米波雷达Radar）本质是类似的，只是使用的是激光。 雷达（Radar）一词是英文“Radio Detection & Ranging”的缩写，它与激光雷达的区别是其能量源的不同。就像其名字所表明的一样，雷达是一种使用无线电作为其能量源的传感器，主要用于探测目标物体是否存在并确定其距离，有时也要确定目标的角度位置。激光雷达(LIDAR)是Light Detection & Ranging的缩写，是激光探测及测距的简称，它是一种激光器作为辐射源的雷达，是激光技术与雷达技术相结合的产物。 激光雷达扫描获取信息的原理如下图: 图中的矩形就是机械式激光雷达，右侧的箭头则代表发射出去的激光，激光雷达不断的旋转就能对着周围环境发射出全方位的激光，发射出去的激光线束越多，理论上返回的数据就越多，而我们前文普通所谓的4线，8线，16线，64线指的就是一个激光雷达发射出去的激光线数。 目前激光雷达产品参数包括四个方面：测量距离、测量精度、角度分辨率以及激光单点发射速度。其中测量距离则反映了激光雷达的应用场景，测量精度反映的是测量的精准度，单点发射速度越快，则接收到的信息数据就越多，构造的3D场景更为精细。不过我认为目前的技术核心在于角度分辨率。 角度分辨率包括水平分辨率和垂直分辨率，目前技术上水平可视角度都是360度可视，因为水平是由电机转动的，所以水平可视角度较高，且主流的厂商水平分辨率都在0.1度。而目前主要的问题在于垂直分辨率. 垂直分辨率是与发射器几何大小相关，也与其排布有关系，就是相邻两个发射器间隔做得越小，垂直分辨率也就会越小。可以看出来，线束的增加主要还是为了对同一物体描述得更加充分。如果是不通过减少垂直分辨率的方式来增加线束，其实意义不大。 如何去提高垂直分辨率？目前业界就是通过改变激光发射器和接收器的排布方式来实现：排得越密，垂直分辨率就可以做得很小。另一方面就是通过多个 16 线激光雷达耦合的方式，在不增加单个激光雷达垂直分辨率的情况下同样达到。 第一种方法，如果在不增加垂直可视范围情况下增加线束，是有一定天花板的。因为激光发射器的几何大小很难进一步再缩小，比如说做到垂直 1 度的分辨率，如果想做到 0.1 度，几乎不可能。 第二种方法，多传感器耦合，即多个激光雷达耦合，因为它不是单一产品，那么对往后的校准将会有很高的要求。 所以为了解决垂直分辨率的问题，目前业内采用的是两种方法： 1. 混合固态； 2. 全固态； 关于混合固态激光雷达，业界一般将对采用半导体“微动”器件——MEMS扫描镜（代替宏观机械式扫描器，MEMS指的是微机电系统）在微观尺度上实现LiDAR发射端的激光扫描方式，定义为“混合固态”。但是机械式激光雷达的主流厂商Velodyne也将激光发射器和接收器固定，也就是固定了驱动和探测组件，但扫描系统是机械转动式的激光雷达定义为混合固态激光雷达。由于一体化固定了的驱动和探测组件，也能实现成本降低和体型缩小，同时考虑到32线和16线在混合固态下的应用效果也不差，所以会采用降维的方式来降低成本，目前Velodyne旗下的PUCK就采用的是16线，目前售价为8000美金。目前采用这种所谓混合固态的方法的企业有velodyne和waymo，国内也有一家企业速腾聚创采用了混合固态的MEMS微镜技术设计激光雷达。 全固态的方法则是技术上的一种革新，类似于固态硬盘对机械硬盘的超越。目前比较成熟的固态技术只有Quanergy拥有，在CES上展出了和德尔福合作制造的S3，固态激光雷达的原理类似于相控阵雷达，不需要机械旋转，它通过调节发射器控制阵列的激光相位来改变发射激光的角度，进而使用电子控制的方式就可以实现不同视角的扫描。其他全固态激光雷达还有调频连续波LiDAR，Flash泛光面阵式LiDAR等。具体的技术特性，后面我们介绍全固态雷达的时候，会做详细介绍。 简单点说就是固态技术采用了半导体材料作为激光发射器，通过控制发射器的阵列从而实现不旋转发射器就能发射出全方位的激光，Quanergy表示其旗下的固态激光雷达没有任何可以移动的零部件。 凡事都有利弊，固态技术利用了相控阵列激光转向技术来代替传统的旋转镜子，减少了光学镜片，从根源上降低了激光雷达的成本（主要成本在光学镜片）但是其垂直区域就比较小，使得测绘的点云数据偏少，垂直分辨率低。优点在于体型较小，使用的光学原件少，成本低。 综上，我认为激光雷达的固态和混合固态技术有点像固态硬盘和机械硬盘的竞争，两者采用了截然不同的技术模式，一个是对传统激光雷达的颠覆，一个是对传统激光雷达的改进。不过我也认为这不只是一种简单的类似，相对于当初硬盘的变革，目前激光雷达行业中两者都处于同一起跑线，并没有堆积的库存会影响企业的决策，一旦固态技术又有了新的变革，采用混合固态的企业可能就会考虑转型。 目前两种方向都能实现设备的小型化，只是固态激光雷达的小型化前景好过混合固态（毕竟光学原件的体积缩小是有限度的）并且未来如果实现足够的小型化，激光雷达的应用不仅会在无人驾驶上，可能会应用到其他领域，所以上我们还是认为全固态激光雷达是未来发展的重要方向。 |
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