自动驾驶汽车传感器技术

智能驾驶技术的迅速发展极大地推动了各类环境感知传感器的研究。车载激光雷达(LiDAR)因其具有可准确获取目标的三维信息、分辨率高、抗干扰能力强、探测范围广、近全天候工作等优点，在智能驾驶环境感知系统中占据了重要地位.

激光雷达工作原理

激光雷达是一种雷达系统，是一种主动传感器，所形成的数据是点云形式。其工作光谱段在红外到紫外之间，主要发射机、接收机、测量控制和电源组成。工作原理为：首先向被测目标发射一束激光，然后测量反射或散射信号到达发射机的时间、信号强弱程度和频率变化等参数，从而确定被测目标的距离、运动速度以及方位。除此之外，还可以测出大气中肉眼看不到的微粒的动态等情况。激光雷达的作用就是精确测量目标的位置（距离与角度）、形.（大小）及状态（速度、姿态），从而达到探测、识别、跟踪目标的目的。

激光雷达技术路线

车载激光雷达主要分为三种：机械式车载激光雷达，混合式车载激光雷达，全固态车载激光雷达。

机械式车载激光雷达

机械式车载激光雷达是指通过机械旋转实现激光扫描的车载激光雷达。其中，激光发射部件在竖直方向上排布成激光光源线阵，并可通过透镜在竖直面内产生不同指向的激光光束；在步进电机的驱动下持续旋转，竖直面内的激光光束由“线”变成“面”，经旋转扫描形成多个激光“面”，从而实现探测区域内的3D 扫描。机械式车载激光雷达是最早应用于智能驾驶的激光雷达产品，时至今日凭借其原理简单、易驱动、易实现水平360°扫描等优点仍被广泛应用于智能驾驶实验测试车上。

尽管机械式车载激光雷达探测性能优越、技术成熟，是当前的主流，但其高昂的成本和较短的使用寿命却使其无法实现车规级量产。机械式车载激光雷达内部结构精密，零件数多、组装工艺复杂、制造周期长，因此生产成本居高不下。HDL-64E 售价高达8 万美元。机械式车载激光雷达内部含有大量可动部件，易受车辆振动影响，在行车环境下磨损严重，长期使用可靠性差。如今机械式传感器平均失效时间为1000h∼3000 h，而汽车厂商的要求是至少13000 h。此外，机械式激光雷达还存在接受光窗数值小、信噪比低等缺点。

混合式车载激光雷达

混合式车载激光雷达将微机电系统(MEMS)与振镜结合形成MEMS 振镜，通过振镜旋转完成激光扫描，一般称为MEMS 车载激光雷达。其发射系统结构如下图所示，驱动电路驱动激光器产生激光脉冲同时驱动MEMS 振镜旋转，激光在旋转振镜的反射下实现扫描，经发射光学单元准直后出射。

全固态车载激光雷达

全固态车载激光雷达，完全取消了机械扫描结构，水平和垂直方向的激光扫描均通过电子方式实现；相比于仍保留有“微动”机械结构的MEMS 激光雷达来

说，电子化的更加彻底。由于其内部没有任何宏观或微观上的运动部件，可靠性高、耐持久使用，系统整体体积缩小。主要包括光学相控阵(OPA)车载激光雷达和闪光(Flash)型车载激光雷达两种.

3D Flash 激光雷达

3D Flash 激光雷达以一次脉冲向全视野发射，利用飞行时间成像仪接收反射信号并成像，发射的激光波长是关键因素。如果使用905nm，虽然成本较低，但功率受限，因此探测距离不够远。若使用1550nm，在接收上需要更高成本的探测器，目前尚没有商用条件。也有一批厂商采用Flash 技术路线，对成本和人眼保护的平衡形成了一定的解决方案。

典型企业和产品：LeddarTech 的LCA3，Tetravue，Princeton Lightwave，Trilumina (VCSEL 阵列)，Toyota 丰田，等；短期MEMS 方案较快落地，中长期OPA和3D Flash 方案有望突破