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從光學視角來看，激光雷達可以認為是基于光學收發(fā)的時空匹配系統(tǒng)：基于飛行時間的直接或間接探測是時間維度的匹配；各類光學收發(fā)系統(tǒng)以及對應的空間位置關系是空間維度的匹配。激光雷達按照光學掃描方式的不同，可以分為機械式、半固態(tài)和全固態(tài)激光雷達這幾大類；激光雷達不同掃描方式一直是多種技術路線并行研發(fā)，目前市面上主流的長距離激光雷達掃描方式為轉(zhuǎn)鏡類和MEMS類，但以Flash為代表的全固態(tài)激光雷達，被認為是長期發(fā)展的方向。

1機械式轉(zhuǎn)鏡掃描方案

機械式激光雷達最早進入市場，它是在發(fā)射模塊在垂直方向上排布多線激光器，然后發(fā)射模塊和接收模塊在電機帶動下，進行360°旋轉(zhuǎn)掃描，因為結(jié)構簡單可靠，是目前最容易通過車廠認證、應用最廣的一種技術路線。

如上圖2所示鐳神智能的32線機械式激光雷達，垂直視場角有-16°~15° -18°~14°兩種模式，模式一（圖3）（視場角：-16°~15°）的角分辨率為1°均勻分布，滿足大視場全面覆蓋；模式二（圖4）（視場角為-18°~14°），中間加密區(qū)域的角分辨率為0.33°，滿足前方數(shù)據(jù)集中采集的使用需求。

轉(zhuǎn)鏡路線主要應用機器人產(chǎn)業(yè)、智慧交通（車路協(xié)同路側(cè)感知系統(tǒng)）、自動駕駛（多傳感器融合環(huán)境感知系統(tǒng)）、智慧物流（無人叉車3D SLAM導航系統(tǒng)）、高端安防（三維立體防護系統(tǒng)）等方面，隨著“非接觸式”服務的興起，機器人產(chǎn)業(yè)的市場規(guī)模不斷擴大，轉(zhuǎn)鏡式激光雷達可以為不同領域的機器人提供多功能、高性價比的解決方案，使機器人能夠在室內(nèi)外的復雜路況中實現(xiàn)自主定位、導航、避障等功能。

轉(zhuǎn)鏡路線的核心要素是電機以及針對特定波長高反射率的鍍膜反射鏡，通常轉(zhuǎn)鏡只需保證勻速旋轉(zhuǎn)即可，無需變速或其他特殊控制，轉(zhuǎn)鏡方案（法雷奧為代表）是第一個過車規(guī)、成本可控，可滿足車企性能要求，且實現(xiàn)批量供貨的技術方案。

【注：圖2-5均來源于鐳神智能官網(wǎng)】

2轉(zhuǎn)鏡+振鏡掃描方案

轉(zhuǎn)鏡＋振鏡也是較為成熟的激光雷達技術方案，與單獨的轉(zhuǎn)鏡方案不同，轉(zhuǎn)鏡+振鏡方案靈活度較高，能夠支持 ROI 設計（密集掃描重點關注區(qū)域，其他區(qū)域保持常規(guī)掃描頻率）。轉(zhuǎn)鏡方案中收發(fā)模塊保持不動，電機在帶動轉(zhuǎn)鏡運動的過程中將光束反射到空間一定范圍中，從而實現(xiàn)掃描探測。

圖達通的獵鷹 (Falcon)激光雷達采用的就是轉(zhuǎn)鏡+振鏡方案，而且作為蔚來NT2.0平臺的Aquila超感系統(tǒng)標配已實現(xiàn)量產(chǎn)交付，可以實現(xiàn)最遠500米的探測距離，250米的標準探測距離，最高可以達到0.05°*0.05°的角分辨率；其內(nèi)部結(jié)構如下圖4所示，其中轉(zhuǎn)鏡負責水平掃描，振鏡負責垂直掃描，轉(zhuǎn)鏡采用的是五邊形能夠達到120度的水平視場角，棱鏡棱數(shù)越多水平視場角就越小，實際中采用的是光纖一分四，四線同時掃描。

此種設計的一大優(yōu)勢在于能夠動態(tài)調(diào)節(jié)ROI，靈活調(diào)整感興趣區(qū)域，更好地追蹤目標，更好的保障L2+輔助駕駛對安全的要求；其實現(xiàn)方式是在垂直方向上，可以降低振鏡在某一角度區(qū)間內(nèi)的旋轉(zhuǎn)速度，則對應垂直角度范圍內(nèi)掃描點會更密集，由于轉(zhuǎn)鏡的轉(zhuǎn)速是恒定不變的，因此只需周期性提升激光器點頻，在特定的水平視場角內(nèi)也可以實現(xiàn)設定的ROI（圖7）。

【注：圖6-7均來源于未來智庫】

3MEMS振鏡掃描方案

MEMS振鏡是半固態(tài)激光雷達的另一種主流路線，在MEMS方案中激光收發(fā)模塊固定不動，微振鏡在靜電、電磁、電熱或壓電驅(qū)動下運動，整體方案取消了笨重的電機、轉(zhuǎn)鏡等機械運動部件，提高了激光雷達的可靠性。

速騰M1就是采用MEMS掃描模式的代表，其整機具備5個激光收發(fā)模組，與收發(fā)模組對應的是5個固定反射鏡，激光器的光束經(jīng)過反射鏡反射到中央的MEMS振鏡上，并隨著MEMS振鏡的不斷振動實現(xiàn)5條光束的同時掃描（圖9）。

由于MEMS振鏡振動的角度范圍比較有限，所以實現(xiàn)水平方向較大的掃描角度時需要5個激光器各自負責20多度的一個扇區(qū)，拼合起來實現(xiàn)與轉(zhuǎn)鏡路線相同的水平視場角（圖10-圖11）。

M1激光雷達可以實現(xiàn)200米的測距，幀率10Hz，如下圖12所示通過5個激光器的掃描視場拼接，可以實現(xiàn)120°*25°的視場角，水平和垂直的平均角分辨率0.2°，幀率和分辨率也可以根據(jù)需要來動態(tài)調(diào)節(jié)。

MEMS方案通過高速振動的微振鏡代替?zhèn)鹘y(tǒng)的機械旋轉(zhuǎn)裝置，可以減少激光器和探測器的使用數(shù)量，降低成本和體積。但MEMS本身就是由非常細小的懸臂梁來固定和控制的，在車載環(huán)境下的振動和沖擊會影響微振鏡的使用壽命。同時，要想提高MEMS的探測距離，還需要提高鏡面尺寸，MEMS振鏡的成本也相應就越大。

【注：圖8-11均來源于速騰聚創(chuàng)官網(wǎng)，圖12來源未來智庫】

4雙楔形棱鏡掃描方案

雙楔形棱鏡是Livox主要采用的掃描方案，其由兩塊同軸放置的楔形棱鏡組成，隨著兩個棱鏡以不同速度旋轉(zhuǎn)，將在前方掃出類似花瓣狀的圖樣（圖13）。

這一方案最大的優(yōu)勢在于成本低、節(jié)約激光器和接收器，Livox Mid-40官網(wǎng)售價僅￥3999，采用獨特的非重復掃描方式，視場覆蓋率將隨時間推移而顯著提高，可減小視場內(nèi)物體被漏檢的概率。

如下圖14-15所示，當積分時間為 0.1 s 秒時，覓道-40 的視場覆蓋率與 32 線產(chǎn)品相近；當積分時間為 0.5 s 秒時，覓道-40 的視場覆蓋率與 64 線產(chǎn)品相當。

隨著積分時間的繼續(xù)增加，最終視場覆蓋率接近 100%（圖16）。

電機的轉(zhuǎn)速限制了掃描的幀率，所以產(chǎn)品的主要應用場景為移動機器人、配送機器人、安防、測繪、車路協(xié)同等方向（圖17）。

LIVOX新推出的車規(guī)級激光雷達浩界HAP官網(wǎng)售價￥7999，其掃描方式采用巧妙的旋鏡式類固態(tài)技術方案，與覓道Mid40采用的是相同原理，不同的是HAP 探測距離提升至150米，橫向視場角為120°，相比縱向的掃描范圍明顯增加（圖18）。

如下圖19所示，其實現(xiàn)方式是在兩片楔形棱鏡的基礎上再加一片，通過三片棱鏡的旋轉(zhuǎn)配合來實現(xiàn)類似矩形的掃描區(qū)域，HAP 角分辨率高達 0.18°*0.23°, 其中感興趣區(qū)域（ROI, Region of Interest）的點云密度可等效 144 線激光雷達，可以實現(xiàn)“超幀率”探測，即在汽車行駛過程中，HAP的感興趣區(qū)域?qū)詢杀队谄渌麉^(qū)域的頻率進行掃描。

更密的點云輸出帶來更豐富的環(huán)境感知，讓算法可以更精準地檢測到遠處行人、自行車、雪糕桶等細小目標物體，為高速行駛或復雜場景中的道路交通參與者提供更高級別的安全保障。

【注：圖13來源未來智庫，圖14-19均來源于Livox官網(wǎng)】

5全固態(tài)激光雷達方案

相比當前量產(chǎn)落地的MEMS、轉(zhuǎn)鏡、棱鏡等半固態(tài)激光雷達，全固態(tài)激光雷達整個機身完全沒有運動部件，所以更容易滿足車規(guī)要求，既能在批量生產(chǎn)時更好地保障產(chǎn)品一致性，在裝車以后也能夠更好地適應復雜的使用環(huán)境，保證產(chǎn)品可靠性，同時其還具備數(shù)據(jù)點采樣均勻準確、體積小方便集成、成本低等優(yōu)點，可將固態(tài)激光雷達作為傳感模塊，這對于未來自動駕駛提供了無限可能。

全固態(tài)激光雷達從原理上來講類似于攝像頭，不同點在于全固態(tài)激光雷達接收其發(fā)射的主動光，所以多了一個發(fā)射模塊。全固態(tài)激光雷達在短時間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光，通過高度靈敏的接收器，來完成對環(huán)境周圍圖像的繪制（圖20）。

目前市面上絕大多數(shù)車規(guī)級激光雷達均為半固態(tài)方案，而且各種方案都已具備車規(guī)級量產(chǎn)案例，半固態(tài)相比機械式的核心優(yōu)勢在于成本與車規(guī)；對于轉(zhuǎn)鏡類激光雷達，具體方案上轉(zhuǎn)鏡可以單獨工作，也可以搭配振鏡，或采用線光斑掃描等方式，而轉(zhuǎn)鏡加振鏡方式的一大優(yōu)勢在于能夠靈活調(diào)節(jié)ROI；而MEMS方案由于振鏡的尺寸以及振動的角度范圍有限，要實現(xiàn)大視場角的掃描需要多個激光器進行視場拼接，對于裝配精度和穩(wěn)定性等要求較高；而對于楔形棱鏡同軸旋轉(zhuǎn)的方案，優(yōu)勢在于成本低、節(jié)約激光器和接收器，而劣勢在于幀率不足外圈掃描點數(shù)不足。

激光雷達在短期維度的主流方案為半固態(tài)的MEMS、轉(zhuǎn)鏡式，主要原因在于半固態(tài)在硬件架構上做了簡化，使得制造成本降低，是當前最接近車規(guī)級應用的方案；但是從長期維度、技術維度來看純固態(tài)為最優(yōu)方案，一方面在于其通過半導體工藝能把激光雷達一些核心部件集成在芯片上，集成度進一步提高的同時成本降低；另一方面在于全固態(tài)激光雷達不僅體積小，而且由于沒有運動部件，可靠性也更高。