激光雷达的技术难点

激光雷达技术难在哪？

激光雷达，简而言之即通过主动发射及接收激光信号实现三维探测的高精度传感器，“它由激光发射、激光信号接收、光学及扫描、信号处理和系统控制等模块组成。”北科天绘技术总监张珂殊介绍道，激光雷达不仅自身就是高度集成化的光机电一体化传感器，使用中还要与全球卫星定位（如北斗、GPS）、惯性导航单元（IMU）、可见光相机、紫外相机、高光谱相机等各种传感器做时空同步集成，涉及多传感器数据融合和一体化标定，技术门槛很高。 由于涉及多传感器数据融合和一体化标定，激光雷达的技术门槛很高。

“激光雷达的工作原理与微波雷达相近，以激光做信号源，激光信号到达目标表面 ——树木、道路、桥梁和建筑物等，在上述目标表面产生后向散射，从而使一部分激光回波信号回到激光雷达的接收器。然后通过光电信号转换和信号处理，实现激光测距计算，即得到目标点测距。激光信号扫描目标物表面后，还可以得到目标物表面三维点的数据，用此数据进行三维成像处理后，我们就拥有了精确的三维目标模型数据（目标立体图）。”张珂殊说。

北科天绘总经理张智武说，国际先进测绘型激光雷达的核心性能指标包括：公里级测距范围，毫米级测距精度，百万级激光发射频率。这要求高度优化的激光雷达系统设计技术，尤其是激光雷达信号的精细和实时处理能力，包括微弱信号的采集和放大，噪声的识别和滤除以及时间精准计量，空间位置信息和反射强度信息的瞬态测量等。 　　

“由于光的传播速度极快，上述信号接收，处理和三维数据生成要在极短的时间内（纳秒）完成，因此难度很大。”张智武说，激光雷达是迄今为止最复杂的，效率和精度最高的传感器之一，与相机相比，它多了主动发光和光信号调制及解调的模块，实现每秒钟百万次精准测量，其本身就是一个复杂的集成性系统。 　　

然而，如此复杂的集成性系统，也让集成电路设计成了激光雷达技术研发的拦路虎，大量国产激光雷达过于复杂的组装会让激光雷达体积重量过大，使用起来很不方便。 　　

芯片组独辟蹊径，雷达实现小身板 　　

“我们的核心竞争力正是创新了激光雷达的芯片和集成电路设计。”张珂殊表示，传统的激光雷达集成电路技术，需要将激光发射器、探测器、放大器等数百个电子元器件封装到一个比指甲盖还小的专用芯片中，用单枚芯片实现激光雷达的整体控制。

传统激光雷达需要依靠人工实现激光发射电路板和接收电路板的微米级对准，这种工艺耗时、低效，且设备体积较大。 图2：新技术让模块间以类似积木的形式快速搭建，无需依赖多次人工对准，实现了机器自动对准，提高总装效率的同时，也减小了设备尺寸。 　　

“然而传统的激光雷达是由电路板构成，比如我们通常说的16线激光雷达就是由16对激光电路板组成，需要依靠人工实现激光发射电路板和接收电路板的微米级对准，这种工艺耗时、低效，且体积较大。而我们使用自主开发的激光雷达信号处理芯片组，通过半导体封装工艺精巧地解决了精密光机装调与大尺寸机械误差间跨数量级尺度差异，使复杂的激光雷达组装及测试过程极大简化（如图2），模块间以类似积木的形式快速搭建，无需依赖多次人工对准，实现了机器自动对准，提高总装效率的同时，也减小了设备尺寸。”张珂殊介绍， 独辟蹊径的激光雷达的芯片和集成电路设计，让激光雷达“活”出了小身板。