激光雷达进化史：从机械式到全固态

 

激光雷达是集激光、全球定位系统（GPS）、和IMU（惯性测量装置）三种技术于一身的系统，相比普通雷达，激光雷达具有分辨率高，隐蔽性好、抗干扰能力更强等优势。

 

随着科技的不断发展，激光雷达的应用越来越广泛，在机器人、无人驾驶、无人车等领域都能看到它的身影。它是以激光作为探测手段，通过测量光脉冲的飞行时间来计算距离，进而构建出周围环境的立体图像。随着技术的不断进步，激光雷达也经历了从机械式到混合固态，再到全固态的演变。
 

 

近期，明治重磅推出了全固态激光雷达AS5000，开启了新年3D空间智能感知的新篇章。

 

那么本期干货内容，小明将带您深入了解这三种不同类型的激光雷达原理和选型秘诀，揭开它们神秘的面纱！
 

 

 

 

 

机械式激光雷达

机械式激光雷达是发展历史最为悠久的，这类激光雷达的发射器和接收器都安装在旋转部件上，通过电机和转台带动光机结构整体 360° 旋转，从而实现全方位的环境感知。

 

机械式激光雷达通常包括发射器、接收器和旋转镜片，这些组件共同作用以生成高精度的雷达点云数据。

明治传感拥有丰富的‍机械式单线激光雷达产品系，避障型、导航型可选。扫描范围360°，最高扫描频率30Hz串口(Type-C‍接口)通讯，可在线输出测量数据(含各方向距离和光强数据)

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优点：机械式激光雷达具有较高的精度和分辨率，适用于长距离探测和高精度测绘任务。例如，在自动驾驶汽车中，机械式激光雷达可以提供精确的环境感知能力，帮助车辆进行路径规划和障碍物检测。
 

 

缺点：由于其复杂的机械结构，机械式激光雷达体积较大、成本较高，并且容易受到振动和环境因素的影响，因此在量产和可靠性方面存在一定的局限性。

 

 

 

 

 

混合固态激光雷达

既要满足体积小，又要精度高、视角广，半固态激光雷达应运而生。

混合固态激光雷达是一种介于机械式和全固态之间的技术，它结合了机械部件和固态部件的优点。混合固态激光雷达通常采用固定发射器和接收器，通过内部运动的反射镜或转镜来改变激光束的方向，从而实现扫描。

 

 

根据运动部件类型不同，混合固态激光雷达又可以细分为转镜类混合固态激光雷达、MEMS混合固态激光雷达和棱镜类混合固态激光雷达。
 

 

优点：混合固态激光雷达相比机械式激光雷达体积更小、成本更低，同时具备一定的扫描速度和可靠性。例如，MEMS（微机电系统）激光雷达利用微型镜片快速扫描，能够实现较高的帧率和较低的功耗。

缺点：混合固态激光雷达的视场角（FOV）相对较小，且扫描线数有限，因此在某些需要大范围扫描的应用中可能表现不佳。

 

全固态激光雷达

Flash技术    OPA技术

这里的固态，不是我们日常理解的液态、固态，而是指雷达内部完全没有运动部件，仅通过半导体技术实现光束的发射、扫描和接收。它取消了复杂和高频转动的机械结构，不仅能降低物料和量产成本，也能提升产品可靠性、生产效率和一致性，还将体积有效的压缩，符合车规，潜力巨大，随着技术的进步，全固态激光雷达的成本正在逐渐降低，并且在某些应用中表现出较高的性价比。目前常见固态激光雷达分为光学相控阵（OPA）和闪光式（Flash）。

 

 

Flash固态激光雷达：
 

采用类照相机工作模式，它原理是短时间向前方发射大面积覆盖的激光，就好比连续打开的手电筒，通过高度灵敏的接收器实现对环境周围图像的绘制，一次性实现全局成像。

Flash激光雷达的原理类似于拍照，但最终生成的数据包含了深度等3D数据，而它也是目前纯固态激光雷达最主流的技术方案。

这种技术虽然探测距离较短，但具有较高的探测精度和快速扫描能力

 

OPA固态激光雷达：

高系统集成度的光学相控阵技术（OPA）能够满足在自动驾驶和无人机测绘等应用中表现出色，满足全固态、小型化的发展需求。

利用光束的相位控制技术，无需机械运动部件，能够实现快速扫描和高分辨率成像。具有高精度和大扫描范围的特点。

 

激光器功率均分到多路相位调制器阵列，光场通过光学天线发射，在空间远场相干叠加形成一个具有较强能量的光束。
 

经过特定相位调制后的光场在发射天线端产生波前的倾斜，从而在远场反映成光束的偏转，通过施加不同相位，可以获得不同角度的光束形成扫描的效果。

由于没有机械部件，OPA可以通过控制每个元件的相位和振幅来实现快速扫描，从而提高系统的扫描速度。

 

综上所述，机械式、半固态和全固态激光雷达各有千秋，它们在不同的应用场景中发挥着不可替代的作用。

机械式激光雷达以其高精度和远距离探测能力，在自动驾驶汽车和测绘领域独占鳌头；

半固态激光雷达则以其较小的体积、较高的稳定性和相对低廉的成本，成为众多智能设备的首选；

而全固态激光雷达，凭借其超小的体积、超高的扫描频率和潜在的低成本优势，正逐步成为未来智能技术发展的主流方向。

随着技术的不断突破和成本的进一步降低，激光雷达技术必将不断突破，在更多领域大放异彩，为大家带来更加智能、便捷的体验。