無人駕駛是汽車的未來使碾，但要實現(xiàn)真正的無人駕駛尼袁，激光雷達將是不可或缺的一個傳感器掖沸，雖然它不是萬能的桑抱，但在它的配合下签缸，無人駕駛將更加安全和可實現(xiàn)。

激光雷達(LiDAR)是無人駕駛汽車中最強大的傳感器之一。它可以區(qū)分真實移動中的行人和人物海報唧垦、在三維立體的空間中建模捅儒、檢測靜態(tài)物體、精確測距振亮。它是通過發(fā)射激光束來探測目標位置巧还、速度等特征量的雷達系統(tǒng)，具有測量精度高坊秸、方向性好等優(yōu)點麸祷， 在軍事領(lǐng)域以及民用的地理測繪等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。 由于激光雷達可以形成精度高達厘米級的 3D 環(huán)境地圖褒搔， 因此在 ADAS 及無人駕駛系統(tǒng)中具有重要作用阶牍。

激光雷達的原理與結(jié)構(gòu)

與雷達原理相似，激光雷達使用的技術(shù)是飛行時間(TOF星瘾， Time of Flight)走孽。具體而言，就是根據(jù)激光遇到障礙物后的折返時間琳状，計算目標與自己的相對距離伶葵。激光光束可以準確測量視場中物體輪廓邊沿與設(shè)備間的相對距離，這些輪廓信息組成所謂的點云并繪制出3D環(huán)境地圖菜册，精度可達到厘米級別蕴续，從而提高測量精度。

在ADAS系統(tǒng)中蓄棘，激光雷達通過透鏡疲些、激光發(fā)射及接收裝置，基于TOF飛行時間原理獲得目標物體位置贮猛、移動速度等特征數(shù)據(jù)并將其傳輸給數(shù)據(jù)處理器；同時璃蓬，汽車的速度闺蜈、加速度、方向等特征數(shù)據(jù)也將通過CAN總線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器想祝；數(shù)據(jù)處理器對目標物體及汽車本身的信息數(shù)據(jù)進行綜合處理并根據(jù)處理結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的被動警告指令或主動控制指令昵人，以此實現(xiàn)輔助駕駛功能。

下圖展現(xiàn)的是谷歌無人駕駛公司W(wǎng)aymo在汽車上使用的激光雷達的布局：

激光雷達的分類

激光雷達按有無機械旋轉(zhuǎn)部件分類览讳，包括機械激光雷達和固態(tài)激光雷達誊酌。機械激光雷達帶有控制激光發(fā)射角度的旋轉(zhuǎn)部件，而固態(tài)激光雷達則依靠電子部件來控制激光發(fā)射角度露乏，無需機械旋轉(zhuǎn)部件碧浊。

機械激光雷達由光電二極管、MEMS反射鏡、激光發(fā)射接受裝置等組成箱锐，其中機械旋轉(zhuǎn)部件是指圖中可360°控制激光發(fā)射角度的MEMS發(fā)射鏡比勉。

固態(tài)激光雷達與機械雷達不同，它通過光學相控陣列(Optical Phased Array)驹止、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(zhuǎn)部件實現(xiàn)發(fā)射激光角度的調(diào)整浩聋。

由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所差別，兩種激光雷達的體積大小也不盡相同臊恋。機械激光雷達體積較大衣洁、價格昂貴、測量精度相對較高抖仅，一般置于汽車外部坊夫。固態(tài)激光雷達尺寸較小、性價比較高岸售、測量精度相對低一些喳卢，但可隱藏于汽車車體內(nèi)，不會破壞外形美觀玖远。

根據(jù)線束數(shù)量的多少坦妙，激光雷達又可分為單線束激光雷達與多線束激光雷達。顧名思義契惶，單線束激光雷達掃描一次只產(chǎn)生一條掃描線璃帘， 其所獲得的數(shù)據(jù)為2D數(shù)據(jù)，因此無法區(qū)別有關(guān)目標物體的3D信息驳蒙。不過熬魄， 由于單線束激光雷達具有測量速度快、數(shù)據(jù)處理量少等特點组缎， 多被應(yīng)用于安全防護滔壳、地形測繪等領(lǐng)域。

多線束激光雷達掃描一次可產(chǎn)生多條掃描線朴轰，目前市場上多線束產(chǎn)品包括4線束武填、8線束、16線束唆阿、32線束益涧、64線束等，其細分可分為2.5D激光雷達及3D激光雷達驯鳖。2.5D激光雷達與3D激光雷達最大的區(qū)別在于激光雷達垂直視野的范圍闲询，前者垂直視野范圍一般不超過10°，而后者可達到30°甚至40°以上浅辙，這也就導致兩者對于激光雷達在汽車上的安裝位置要求有所不同扭弧。

Velodyne激光雷達

Velodyne是車用激光雷達的行業(yè)先導阎姥，公司成立于1983年，以頭戴式耳機寄狼、低音音箱以及3D激光雷達為主要業(yè)務(wù)丁寄。近年來，Velodyne的3D激光雷達業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛泊愧，谷歌在其最早的自動駕駛原型汽車中所使用的LiDAR傳感器就是由該公司開發(fā)的伊磺，其產(chǎn)品的測量精度在全行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)處于標桿地位，性能優(yōu)越删咱。Velodyne的3D激光雷達產(chǎn)品種類豐富屑埋，包括16線束、32線束及64線束等凭坪，其中還有專門為智能駕駛汽車設(shè)計的Ultra Puck激光雷達肤俱。

在2016年1月的美國CES消費電子展上，Velodyne發(fā)布了其第一款汽車專用的3D激光雷達混合固態(tài)超級冰球(Solid-State Hybrid Ultra Puck Auto)连谁，這款產(chǎn)品為32線束激光雷達绸搞，體積小巧、便于汽車安裝攜帶醋皂，同時價格低廉亭结，未來在大規(guī)模量產(chǎn)的情況下，其目標價格可降至500美元辖芍，性價比較高臀嘱。但這款激光雷達目前的版本只是車企測試版，而非最終供貨版本所硅，正式量產(chǎn)版本要到2018年才能面世嘴父。

Ultra Puck不僅在外形及價格成本上有較大突破，在專業(yè)技術(shù)上也有所改進营稼。Velodyne對該款產(chǎn)品激光發(fā)射裝置設(shè)置了2微秒時差企悦，即32個激光發(fā)射器并非同時發(fā)射激光，而是以2微秒的時間間隔按順序發(fā)射激光宏赘，這種設(shè)置可防止高發(fā)射率物體使激光雷達致盲绒北，產(chǎn)品的性能得到提升。

Quanergy全固態(tài)激光雷達

2012年底置鼻，以3D激光雷達傳感器為主要產(chǎn)品的Quanergy公司在硅谷成立。2014年9月蜓竹，Quanergy和奔馳達成戰(zhàn)略合作箕母，為奔馳研發(fā)車內(nèi)傳感系統(tǒng)和無人車。2014年10月俱济，該公司獲得了3000萬美元的A輪融資嘶是。2015年10月钙勃，Quanergy公司宣布與Delphi公司合作，為無人駕駛汽車開發(fā)一種新型的激光雷達系統(tǒng)聂喇，每臺單價低于1000美元辖源。目前，Quanergy共推出了兩款3D激光雷達產(chǎn)品希太，一款是安裝在奔馳智能駕駛測試車上的TheMarkVIII克饶，另一款就是第一款專為智能駕駛汽車設(shè)計的全固態(tài)激光雷達S3。

S3全固態(tài)激光雷達基于相控陣技術(shù)代替了機械激光雷達的外部旋轉(zhuǎn)部件拳鹉，大幅度縮小了產(chǎn)品體積玲侧，便于在汽車上安裝且不占據(jù)過多空間。同時乍之，約250美元的價格也易于讓市場更接受符破。但是，由于其使用的有關(guān)電子部件不能像機械旋轉(zhuǎn)部件一樣360°旋轉(zhuǎn)促奇，只能探測前方不超過180°的視角范圍瞭阔，因此一輛智能汽車一般至少需要4至6個S3激光雷達。

實際上露龙，該款全固態(tài)激光雷達在測量精度撵靴、水平視野等參數(shù)特性上還有待進一步提升。S3激光雷達是Quanergy公司與Delphi公司合作后所推出的中間產(chǎn)品寒圃，并非最終供貨產(chǎn)品工殖。雖然該產(chǎn)品暫時只是作為研究成果存在，并未上市推廣背涉，但其全固態(tài)技術(shù)突破對于車用激光雷達的發(fā)展卻有著重大的意義矮男。

綜上所述、無論是Velodyne Ultra Puck提供的“混合固態(tài)”激光雷達還是Quanergy S3基于光學相控陣列的全“固態(tài)”激光雷達室谚，都預示著激光雷達的固態(tài)化毡鉴、小型化、低成本化是大勢所趨秒赤。有了這樣低成本高精度的激光雷達猪瞬，我們又向無人駕駛的量產(chǎn)邁出了一大步。

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