[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號(hào)]激光雷達(dá)（LiDAR）作為自動(dòng)駕駛車(chē)輛環(huán)境感知的“第三只眼”，能夠發(fā)射激光脈沖并接收反射光，實(shí)時(shí)構(gòu)建周?chē)矬w的三維點(diǎn)云，從而為車(chē)輛決策提供精準(zhǔn)的距離和形狀信息。與攝像頭相比，激光雷達(dá)不受光線(xiàn)的影響，探測(cè)距離更遠(yuǎn)、精度更高、抗干擾能力更強(qiáng)。

上圖示例為車(chē)載激光雷達(dá)采集到的三維點(diǎn)云。最早應(yīng)用于無(wú)人車(chē)的機(jī)械式激光雷達(dá)借助電機(jī)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)鏡體，實(shí)現(xiàn)360度水平掃描，因此視場(chǎng)角大、探測(cè)距離遠(yuǎn)、點(diǎn)云密度高。這種方案技術(shù)成熟度最高，Velodyne的早期64線(xiàn)雷達(dá)就可探測(cè)數(shù)百米范圍并輸出高密度點(diǎn)云。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、成本高昂（往往萬(wàn)元以上），且由于機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件的壽命有限，可靠性不足。因此，機(jī)械雷達(dá)主要用于研發(fā)測(cè)試或路側(cè)監(jiān)測(cè)等對(duì)成本敏感度低的場(chǎng)景。

隨著技術(shù)發(fā)展，半固態(tài)（混合式）激光雷達(dá)逐漸成為主流量產(chǎn)方案，現(xiàn)在很多以智駕為宣傳點(diǎn)的車(chē)輛上使用的就是半固態(tài)式激光雷達(dá)。半固態(tài)設(shè)計(jì)通常僅保留一個(gè)或若干微型運(yùn)動(dòng)部件（如轉(zhuǎn)鏡或MEMS微振鏡）來(lái)控制激光掃描方向，而發(fā)射和接收模塊本身多為固定結(jié)構(gòu)。這種設(shè)計(jì)將機(jī)械運(yùn)動(dòng)限制在微小范圍內(nèi)，大大降低了體積和成本，并使車(chē)規(guī)級(jí)量產(chǎn)成為可能。一種常見(jiàn)的半固態(tài)方案是通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)的多面體棱鏡一維掃描，再配合一個(gè)垂直振鏡進(jìn)行二維掃描，從而用少量激光器實(shí)現(xiàn)高線(xiàn)束覆蓋和高分辨率點(diǎn)云。典型產(chǎn)品如禾賽AT128雷達(dá)內(nèi)部集成128個(gè)激光通道，可在垂直方向同時(shí)發(fā)射128束激光，提供接近相機(jī)級(jí)別的點(diǎn)云分辨率，并實(shí)現(xiàn)約200米的探測(cè)距離和每秒153萬(wàn)點(diǎn)的點(diǎn)云輸出。

全固態(tài)激光雷達(dá)則徹底取消了所有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，依靠電子手段進(jìn)行激光束掃描。主要技術(shù)路線(xiàn)有光學(xué)相控陣（OPA）和Flash（泛光面陣）兩種。OPA利用芯片上由多個(gè)發(fā)射單元組成的相控陣，通過(guò)調(diào)節(jié)單元相位差來(lái)改變發(fā)射光束角度，從而快速、可控地掃描空間。Flash方式則類(lèi)似于“閃光燈”照相，一次發(fā)射一大片激光覆蓋探測(cè)區(qū)域，再用高靈敏接收器直接構(gòu)建三維圖像。全固態(tài)方案在結(jié)構(gòu)上最為簡(jiǎn)單，集成度最高，理論上可以實(shí)現(xiàn)最小體積、最低成本、最高可靠性。純固態(tài)設(shè)計(jì)可以把發(fā)射器、光學(xué)調(diào)制器和探測(cè)器芯片做成單片，從而顯著降低材料成本并簡(jiǎn)化組裝過(guò)程；去掉轉(zhuǎn)動(dòng)部件后使用壽命可延長(zhǎng)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)，有利于車(chē)輛級(jí)大規(guī)模應(yīng)用。在理論上，全固態(tài)激光雷達(dá)具有取代機(jī)械式和半固態(tài)的巨大潛力，預(yù)計(jì)若量產(chǎn)良率達(dá)標(biāo)，單價(jià)可以被控制在幾百美元甚至更低。

從技術(shù)原理上看，全固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)非常明顯，但為何到現(xiàn)在還沒(méi)有真正地大面積普及？其實(shí)全固態(tài)激光雷達(dá)存在很多難點(diǎn)需要解決。全固態(tài)激光雷達(dá)的光束控制與掃描范圍受限，由于沒(méi)有機(jī)械旋轉(zhuǎn)，全固態(tài)雷達(dá)的掃描范圍往往需要多個(gè)收發(fā)單元并聯(lián)才能覆蓋大視場(chǎng)，否則單個(gè)單元的掃描角度有限。旁瓣和斑點(diǎn)效應(yīng)也是OPA雷達(dá)的挑戰(zhàn)，光學(xué)相控陣在實(shí)際運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)光柵旁瓣、干涉斑點(diǎn)等現(xiàn)象，使得光能在非主瓣方向擴(kuò)散，從而降低探測(cè)精度和抗干擾能力。還有就是制造難度高，OPA要求陣列單元尺寸小于半個(gè)波長(zhǎng)（一般波長(zhǎng)約1μm，對(duì)單元尺寸要求約500nm），陣列密度越高，光能越集中，對(duì)制造精度和工藝穩(wěn)定性要求極高。能量和探測(cè)距離受限，全固態(tài)設(shè)計(jì)中每個(gè)光束的能量密度較低，導(dǎo)致有效探測(cè)距離偏短。許多Flash雷達(dá)早期受限于激光功率密度，探測(cè)距離只有幾十米。即便通過(guò)多結(jié)VCSEL等技術(shù)提升功率密度，要達(dá)到數(shù)百米探測(cè)距離，也需要在發(fā)射功率、探測(cè)靈敏度和大規(guī)模像素陣列讀出電路等方面進(jìn)行協(xié)同突破。還有就是信噪比問(wèn)題，全固態(tài)設(shè)計(jì)的接收面通常比機(jī)械雷達(dá)大得多，容易接收更多環(huán)境光噪聲，信噪比較低。再加上高速行駛場(chǎng)景下的多普勒效應(yīng)、熱效應(yīng)等外部影響，全固態(tài)雷達(dá)在分辨長(zhǎng)距離小目標(biāo)時(shí)信號(hào)容易淹沒(méi)在噪聲中，需要采用高度優(yōu)化的探測(cè)芯片和算法來(lái)提升可靠性。簡(jiǎn)而言之，目前市面上的全固態(tài)產(chǎn)品還難以同時(shí)兼顧大視場(chǎng)、高探測(cè)距離和高分辨率，這也是它們短期內(nèi)難以取代前向主雷達(dá)的重要原因。

相比之下，半固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)已相對(duì)成熟，并在當(dāng)下的自動(dòng)駕駛市場(chǎng)大規(guī)模落地。半固態(tài)雷達(dá)的集成度較高、成本顯著降低且已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，目前單價(jià)一般在3000元人民幣左右。當(dāng)前眾多量產(chǎn)車(chē)型均采用MEMS或者轉(zhuǎn)鏡式雷達(dá)作為前向主雷達(dá)或側(cè)面補(bǔ)盲雷達(dá)。華為與極狐合作的阿爾法SHI版搭載了96線(xiàn)MEMS雷達(dá)，蔚來(lái)ES6/ES8、小鵬G9等車(chē)型則采用了速騰聚創(chuàng)和鐳神等廠(chǎng)商的雷達(dá)產(chǎn)品。這些半固態(tài)雷達(dá)性能已能滿(mǎn)足L2+甚至部分L3場(chǎng)景需求，典型水平視場(chǎng)角可達(dá)100°以上，垂直視場(chǎng)也在20°–30°，探測(cè)距離多在150–200米范圍。而且隨著生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大和技術(shù)優(yōu)化，半固態(tài)雷達(dá)的成本仍在持續(xù)下降。有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，隨著MEMS制造工藝的成熟和出貨量提升，半固態(tài)雷達(dá)未來(lái)售價(jià)有望進(jìn)一步接近500–800美元。目前，它們與毫米波雷達(dá)和高清攝像頭協(xié)同構(gòu)成了自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)中較為經(jīng)濟(jì)高效的感知方案。

全固態(tài)激光雷達(dá)具備小體積、高可靠、低成本的理論優(yōu)勢(shì)，但由于光學(xué)和電子技術(shù)的多重挑戰(zhàn)，目前還未能大規(guī)模量產(chǎn)。半固態(tài)雷達(dá)因折中式設(shè)計(jì)已成為當(dāng)下自動(dòng)駕駛的主流選擇，且性能不斷提升、成本持續(xù)下降。未來(lái)的激光雷達(dá)發(fā)展將繼續(xù)朝著“高性能、低成本、小體積、高可靠性”方向邁進(jìn)，全固態(tài)技術(shù)的突破有望最終引領(lǐng)這一趨勢(shì)，但在此之前半固態(tài)解決方案仍將在市場(chǎng)中占據(jù)重要位置。隨著芯片工藝和算法的迭代更新，我們有理由相信全固態(tài)激光雷達(dá)的門(mén)檻會(huì)逐步被攻破，其應(yīng)用前景依然值得期待。

審核編輯 黃宇