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与机械式LiDAR相比，混合固态LiDAR具有小型化和低成本的巨大优势。首先，来看看机械式LiDAR的结构和工作模式。 该雷达前端有一个发射光学系统和一个接收光学系统，在发射光学系统后端藏有N组发射模块，而在接收光学后端有N组与发射模块一一对应的接收模块。当LiDAR开始工作时，N组发射模块和N组接收模块在电路的控制下按照一定的时间顺序轮流工作，例如，在时刻1，发射模块1工作，发射激光脉冲，同时接收模块1接收目标反射的发射模块1发射的激光信号；在时刻2，发射模块2工作，发射激光脉冲，同时接收模块2接收目标反射的发射模块2发射的激光信号；……在时刻N，发射模块N工作，发射激光脉冲，同时接收模块N接收目标反射的发射模块N发射的激光信号。这样的结构，线束与N值对应，16线LiDAR就需要内部布置16组发射模块和接收模块，即使32线LiDAR在结构上优化（据说可以并排，每排16组，从而不增加装置高度），机械式LiDAR想把尺寸再做小的空间也不多了。 这样在俯仰方向就可以形成非机械式的光学扫描，其扫描角度间隔由两个相邻模块之间的间隔和光学系统的焦距来确定。Velodyne的所有产品在俯仰方向均采用这种“固态扫描”技术进行扫描，在方位方向通过机械扫描实现360º旋转扫描，所以Velodyne宣称，这就是他们的“固态混合扫描”。 当然， 从实质上来说，这种技术只是机械式激光雷达的改良，我们还是把这种技术归结为机械式激光雷达， 而把采用半导体“微动”器件——MEMS扫描镜，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”LiDAR. 当然，Velodyne的这种固态扫描技术具有以下优点： · 扫描速度快：扫描速度只决于发射模块的电子学响应速度，不受材料的特性影响，可以实现比光学相控阵更高的扫描频率。但其扫描角度一定设计好后就完全固定，不能通过电控进行改变。 · 接收视场小：这种扫描技术是一种发射和接收同步扫描技术，接收视场小，抗光干扰能力强，信噪比高。 · 可承受高的激光功率：这种扫描技术完全是在自由空间中进行，可以采用高峰值功率的激光脉冲进行高信噪比的探测。 同时，这种扫描技术也存在以下问题： · 实现二维扫描比较困难：按照目前这种非集成式的模块化设计难以实现二维扫描，必须通过机械或其他方式实现另一维的扫描。集成化是这种技术发展的必然趋势，也是实现二维扫描的关键。 · 扫描角度固定：但其扫描角度一定设计好后就完全固定，不能通过电控进行改变。 · 装调工作量大：需要将发射和接收模块进行精密光学对准装配，工作繁复，工作量大，大批量生产难度大。 而混合固态LiDAR采用MEMS扫描镜，仅需要一束激光光源，通过一面MEMS扫描镜来反射激光器的光线，两者采用微秒级的频率协同工作，通过探测器接收后达到对目标3D扫描的目的。与多组芯片组的机械式LiDAR结构相比，混合固态LiDAR采用单组MEMS扫描镜 + 单束激光光源，对体积减小的效果显而易见。 下图是机械式LiDAR（型号：HDL-64E）与混合固态LiDAR（型号：LeddarVu）尺寸对比。 从成本角度分析，16线机械式LiDAR就需要16组IC芯片组：跨阻放大器（TIA）、低噪声放大器（LNA）、比较器（Comparator）、模数转换器（ADC）等。估算每组的芯片成本约200美元，仅16组的芯片成本就高达3200美元。 Innoluce曾发布一款混合固态LiDAR设计方案，采用MEMS扫描镜，并将各种分立芯片集成设计到一套LiDAR控制芯片组，这样下来LiDAR的成本控制在200美元以内。 除了体积和成本的巨大优势，混合固态LiDAR还有其它可圈可点的优势：首先，因为没有宏观的机械转动，不存在机械磨损，可靠性更高；其次，探测距离更远（150米以上），适合远距离汽车环境感知和探测；另外，采用一束激光光源而非多束，功耗更小，更能保障人眼安全。 关于自动驾驶的介绍，可以参考前文更多内容， 请点击下面的链接： |
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