激光雷达（LiDAR）的结构通常由多个核心子系统组成，各司其职完成测距和空间感知功能。以下是其主要组成部分及功能（依工作流程排序）：

1. 激光发射系统

   • 激光器： 核心光源，发射特定波长（常见905nm、1550nm）的脉冲激光或连续调制波。1550nm对人眼更安全且穿透力强，但成本更高。
   • 发射光学镜头： 对激光束进行准直、聚焦，控制光束质量和发散角。

2. 光束操纵（扫描）系统（结构差异最大部分）

   • 这是区分不同类型（机械式/半固态/固态）激光雷达的关键。
   • 目标： 将激光束快速、精确地投射到不同方向，实现对目标区域的扫描覆盖。
   • 常见类型：
     • 机械旋转式： 电机驱动激光发射/接收模块整体360°旋转（常见于早期及高线数雷达）。
     • 转镜（MEMS振镜）： 微电机驱动微小镜片高速震动反射光束，实现快速扫描（常用半固态方案）。
     • 棱镜（光学扫描）： 多棱镜旋转折射光束，形成特定扫描图案。
     • 固态方案：
       • Flash（泛光式）： 无机械扫描，一次闪光照亮整个视场（类似照相），靠接收器阵列分辨。
       • OPA（光学相控阵）： 通过调节阵列中多个发射器的相位来控制激光束方向（纯电子扫描）。
       • 电子扫描： 集成VCSEL阵列直接控制发射方向。

3. 激光接收系统

   • 接收光学镜头： 收集目标反射回来的微弱激光信号，聚集到探测器上。
   • 光电探测器： 将光信号转换为电信号。常用类型：
     • APD (雪崩光电二极管)： 灵敏度高（需低温），用于脉冲激光雷达。
     • SPAD (单光子雪崩二极管)： 灵敏度极高，可探测单光子，用于高性能雷达。
     • SiPM (硅光电倍增管)： 多个SPAD并联阵列，增益大、抗干扰强。

4. 信号处理与控制系统

   • 模拟前端： 放大、滤波探测器输出的微弱电信号。
   • 数据采集系统（时间飞行-TOF雷达核心）：
     • 精确测量激光脉冲发射时刻与接收到回波时刻的时间差（Δt）。
     • 通过公式 距离 = (光速 * Δt) / 2 计算目标距离。
   • 控制单元（主处理器）：
     • 协调各组件工作（如控制激光器发射、扫描系统运动）。
     • 处理原始距离数据，结合扫描角度信息生成三维点云坐标（距离+方位角+俯仰角）。
     • 执行点云滤波、目标检测/识别等算法。

5. 支撑结构与外壳

   • 机械结构： 承载和固定各光学、电子元件，保证精度和稳定性。
   • 外壳： 保护内部精密部件免受灰尘、湿气、温度、冲击等环境影响。提供安装接口和散热设计。

不同类型激光雷达的关键结构差异：

• 机械式： 扫描系统需旋转整个光学模块（重、大、成本高、寿命有限），通常安装在车顶。
• 半固态（MEMS/转镜/棱镜等）： 扫描核心是高速运动的微型反射镜或棱镜，体积小、成本较低、可靠性高，可嵌入车体（如前保险杠、挡风玻璃后）。
• 固态（Flash/OPA）： 无任何宏观运动部件。Flash结构最简单，但探测距离有限；OPA技术复杂尚在发展中。结构更紧凑，易集成，可靠性最高。

总结： 激光雷达如同一个精密的光学电子系统，其核心在于发射高精度激光束 -> 高速扫描覆盖空间 -> 接收微弱回波 -> 精确测量光飞行时间 -> 生成3D点云地图。扫描系统的技术路线（机械/半固态/固态）是当前结构差异和性能对比的焦点。