近一年來激光雷達在車圈非?；?，搭載它的車型也越來越多，尤其是新勢力們的新車型，仿佛不穿一串兒都沒臉見人似的。那么車載激光雷達有什么用？車載激光雷達如何分類？
它相當于無人駕駛的眼睛，具有強大的信息感知和處理能力。目前，主要作用于自動駕駛上，也就是未來的無人駕駛。它在汽車上主要以多線束為主，可以起到幫助汽車感知道路環(huán)境，自行規(guī)劃行車路線，并控制車輛達到預定目標的作用。比如根據(jù)激光遇到障礙物后的折返時間，計算目標與自己的相對距離，從而可以幫助車輛識別路口與方向。
1607年，伽利略做了一個實驗，目的倒不是測距，而是測量光速。他的實驗方法非常簡單粗暴：他讓兩個人各帶一盞蓋著燈罩的煤油燈，跑到兩個山頭上待命。
兩人就位后，甲會快速拽走燈罩，讓煤油燈露出光芒，這也是在給另一個山頭上的乙發(fā)信號。而在看到從甲那邊傳來的燈光時，乙也要快速拽走燈罩，讓自己的燈也露出光芒，相當于告訴甲“我已收到信號”。
伽利略的想法是好的，只要知道甲最先拽走燈罩的時間點，再知道甲看到對面山頭燈光亮起的時間點，那么山頂間距的兩倍除以時間差就是光速。
這樣“天真”的辦法顯然是無法準確測出光速的，不過現(xiàn)在的人類早已知道光速有多快，也能通過先進的設備和手段測算出一束光線從射出到返回之間的時差，進而推算出光源和反射面之間的距離。而這，就是激光雷達的測距原理，它利用的還是當年伽利略的方法。
根據(jù)結構，激光雷達分為機械式激光雷達、固態(tài)激光雷達和混合固態(tài)激光雷達。
1.機械式激光雷達
機械激光雷達，是指其發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)存在宏觀意義上的轉動，也就是通過不斷旋轉發(fā)射頭，將速度更快、發(fā)射更準的激光從“線”變成“面”，并在豎直方向上排布多束激光，形成多個面，達到動態(tài)掃描并動態(tài)接收信息的目的。
以Velodyne生產(chǎn)的第一代機械激光雷達（HDL-64E）為例，豎直排列的激光發(fā)射器呈不同角度向外發(fā)射，實現(xiàn)垂直角度的覆蓋，同時在高速旋轉的馬達殼體帶動下，實現(xiàn)水平角度360度的全覆蓋。因此，HDL-64E在汽車行駛過程中，就一直處于360度旋轉狀態(tài)中。
因為帶有機械旋轉機構，所以機械激光雷達外表上最大的特點就是自己會轉，個頭較大。
如今機械激光雷達技術相對成熟，但價格昂貴，暫時給主機廠量產(chǎn)的可能性較低；同時存在光路調(diào)試、裝配復雜，生產(chǎn)周期漫長，機械旋轉部件在行車環(huán)境下的可靠性不高，難以符合車規(guī)的嚴苛要求...等不足。
當前的激光雷達戰(zhàn)場，機械旋轉式方案占據(jù)著絕對的統(tǒng)治地位，目前除了美國Quanergy以外，各大主流的激光雷達供應商都是以機械旋轉式的產(chǎn)品線為主，并以此為基礎不斷推進更高線數(shù)產(chǎn)品的迭代。比如做激光雷達起步最早、做的最大的Velodyne，主攻的就是機械激光雷達，其機械激光雷達目前可做到128線，性能非常強悍。
2.混合固態(tài)激光雷達
2016年1月的CES消費電子展會上，Velodyne展示了“混合固態(tài)超級冰球”（Solid-State Hybrid Ultra Puck Auto），由此引入了混合固態(tài)激光雷達的概念。
機械式激光雷達在工作時發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)會一直360度地旋轉，而混合固態(tài)激光雷達工作時，單從外觀上是看不到旋轉的，巧妙之處是將機械旋轉部件做得更加小巧并深深地隱藏在外殼之中。
業(yè)內(nèi)普遍認為，混合固態(tài)激光雷達指用半導體“微動”器件（如MEMS掃描鏡）來代替宏觀機械式掃描器，在微觀尺度上實現(xiàn)雷達發(fā)射端的激光掃描方式。MEMS掃描鏡是一種硅基半導體元器件，屬于固態(tài)電子元件；但是MEMS掃描鏡并不“安分”，內(nèi)部集成了“可動”的微型鏡面；由此可見MEMS掃描鏡兼具“固態(tài)”和“運動”兩種屬性，故稱為“混合固態(tài)”。
對于激光雷達來說，MEMS最大的價值在于：原本為了機械式激光雷達實現(xiàn)掃描，必須使激光發(fā)射器轉動。而MEMS微機電系統(tǒng)可以直接在硅基芯片上集成體積十分精巧的微振鏡，由可以旋轉的微振鏡來反射激光器的光線，從而實現(xiàn)掃描。
這樣一來，激光雷達本身不用再大幅度地進行旋轉，可以有效降低整個系統(tǒng)在行車環(huán)境出現(xiàn)問題的幾率。另外，主要部件運用芯片工藝生產(chǎn)之后，量產(chǎn)能力也得以大幅度提高，有利于降低激光雷達的成本，可以從上千乃至上萬美元降低到數(shù)百美元。
老牌激光公司日本先鋒，利用原本用于掃描激光影碟的光學頭，來生產(chǎn)MEMS激光雷達。該公司曾表示“當訂單達到100萬，先鋒便可以把價格控制在100美元以下，預計會在2019年開始量產(chǎn)?！?/p>
3.固態(tài)激光雷達：OPA與Flash固態(tài)激光雷達
相比于機械式激光雷達，固態(tài)激光雷達結構上最大的特點就是沒有了旋轉部件，個頭相對較小。
固態(tài)激光雷達的優(yōu)點包括了：數(shù)據(jù)采集速度快，分辨率高，對于溫度和振動的適應性強；通過波束控制，探測點（點云）可以任意分布，例如在高速公路主要掃描前方遠處，對于側面稀疏掃描但并不完全忽略，在十字路口加強側面掃描。而只能勻速旋轉的機械式激光雷達是無法執(zhí)行這種精細操作的。
從使用的技術上，固態(tài)激光雷達分為OPA固態(tài)激光雷達和Flash固態(tài)激光雷達。
（1）OPA固態(tài)激光雷達
OPA（optical phased array）光學相控陣技術。對軍事有所了解的讀者，應該會知道相控陣雷達，美海軍宙斯盾艦上那一塊蜂窩狀的“板子”就是它。
而光學相控陣使用的即是原理相同的技術。OPA運用相干原理（類似的是兩圈水波相互疊加后，有的方向會相互抵消，有的會相互增強），采用多個光源組成陣列，通過控制各光源發(fā)光時間差，合成具有特定方向的主光束。然后再加以控制，主光束便可以實現(xiàn)對不同方向的掃描。
相對于MEMS，這一技術的電子化更加徹底，它完全取消了機械結構，通過調(diào)節(jié)發(fā)射陣列中每個發(fā)射單元的相位差來改變激光的出射角度。
因為沒有任何機械結構，自然也沒有旋轉。所以相比傳統(tǒng)機械式雷達，OPA固態(tài)激光雷達有掃描速度快、精度高、可控性好、體積小等優(yōu)點。但也易形成旁瓣，影響光束作用距離和角分辨率，同時生產(chǎn)難度高。
比如Quanergy研發(fā)的“固態(tài)”Solid State激光雷達，就是OPA激光雷達，其滿足了激光雷達小型化的大趨勢，整個尺寸只有90mmx60mmx60mm。用到的核心的技術有光學相控陣列Optical Phased Array、光學集成電路Photonic IC、遠場輻射方向圖Far Field Radiation Pattern，完全沒有機械固件。
（2）Flash固態(tài)激光雷達
Flash原本的意思為快閃。而Flash激光雷達的原理也是快閃，不像MEMS或OPA的方案會去進行掃描，而是短時間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對環(huán)境周圍圖像的繪制。
因此，F(xiàn)lash固態(tài)激光雷達屬于非掃描式雷達，發(fā)射面陣光，是以2維或3維圖像為重點輸出內(nèi)容的激光雷達。某種意義上，它有些類似于黑夜中的照相機，光源由自己主動發(fā)出。
Flash固態(tài)雷達的一大優(yōu)勢是它能快速記錄整個場景，避免了掃描過程中目標或激光雷達移動帶來的各種麻煩。不過，這種方式也有自己的缺陷，比如探測距離較近。
卡耐基梅隆大學機器人專家Sanjiv Singh認為：
“像素越大，你要處理的信號就越多。將海量像素塞進光電探測器，必然會帶來各種干擾，其結果就是精度的下降。”
這意味著Flash固態(tài)激光雷達沒有“遠視眼”，在實際使用中不適合遠程探測，而業(yè)內(nèi)專家堅信，全自動駕駛汽車上搭載的激光雷達至少一眼就得看到200到300米外的物體。
其實Flash固態(tài)激光雷達的成本還是相對低，但基于3D Flash技術的固態(tài)激光雷達，在技術的可靠性方面還存在問題。
相比于機械激光雷達，MEMS激光雷達體積更小，價格更低廉，更適合大規(guī)模應用；同時相比于OPA和Flash，MEMS在技術上更容易實現(xiàn)。因此，MEMS被各大主機廠商一致看好，近些年入局MEMS激光雷達研究的企業(yè)很多。
業(yè)內(nèi)人士認為，未來，中遠距離激光雷達將是MEMS固態(tài)的天下。
