　　隨著自動駕駛行業(yè)的發(fā)展，越來越多的企業(yè)參與其中，相關(guān)傳感器的生產(chǎn)商加大投入研發(fā)，提供更符合市場需求的產(chǎn)品。激光雷達，正是自動駕駛中至關(guān)重要的傳感器，從一開始的單線發(fā)展到了 128 線，掃描方式也不再局限于機械式掃描，其體積也變得越來越小......

　　工作原理

　　激光雷達(LiDAR)是一種用于精確獲得三維位置信息的傳感器，好比人類的眼睛，可以確定物體的位置、大小、外部形貌甚至材質(zhì)。它由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng) 、信息處理三部分組成。

　　其工作原理是向目標發(fā)射探測信號(激光束)，然后將接收到的從目標反射回來的信號(目標回波)與發(fā)射信號進行比較,作適當處理后，就可獲得目標的有關(guān)信息，如目標距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而對目標進行探測、跟蹤和識別。

　　技術(shù)特點

　　傳統(tǒng)的雷達是微波和毫米波波段的電磁波為載波的雷達。激光雷達則是以激光作為載波，可以用振幅、頻率和相位來搭載信息，作為載體。因此，激光雷達有優(yōu)于微波及毫米波的一些特點。

　　1、具有極高的分辨率

　　激光雷達工作于光學波段，頻率比微波高 2～3 個數(shù)量級以上，因此，與微波雷達相比，激光雷達具有極高的距離分辨率、角分辨率和速度分辨率;

　　2、抗干擾能力強

　　激光波長短，可發(fā)射發(fā)散角非常小的激光束，多路徑效應(yīng)小(不會形成定向發(fā)射，與微波或者毫米波產(chǎn)生多路徑效應(yīng))，可探測低空或超低空目標;

　　3、獲取的信息量豐富

　　可直接獲取目標的距離、角度、反射強度、速度等信息，生成目標多維度圖像;

　　4、不受光線影響

　　不受光線影響，激光掃描儀可全天候進行偵測任務(wù)。它只需發(fā)射自己的激光束，通過探測發(fā)射激光束的回波信號來獲取目標信息。

　　具體類別

　　目前，激光雷達的種類很多，大致有七種分類方式。

　　·按激光波段分

　　有紫外激光雷達、可見激光雷達和紅外激光雷達。

　　·按激光介質(zhì)分

　　有氣體激光雷達、固體激光雷達、半導體激光雷達和二極管激光泵浦固體激光雷達等。

　　·按激光發(fā)射波形分

　　有脈沖激光雷達、連續(xù)波激光雷達和混合型激光雷達等。

　　·按顯示方式分

　　有模擬或數(shù)字顯示激光雷達和成像激光雷達。

　　·按運載平臺分

　　有地基固定式激光雷達、車載激光雷達、機載激光雷達、船載激光雷達、星載激光雷達、彈載激光雷達和手持式激光雷達等。

　　·按功能分

　　有激光測距雷達、激光測速雷達、激光測角雷達和跟蹤雷達、激光成像雷達，激光目標指示器和生物激光雷達等。

　　·按用途分

　　有激光測距儀、靶場激光雷達、火控激光雷達、跟蹤識別激光雷達、多功能戰(zhàn)術(shù)激光雷達、偵毒激光雷達、導航激光雷達、氣象激光雷達、偵毒和大氣監(jiān)測激光雷達等。

　　主要廠商

　　自動駕駛行業(yè)愈加火熱，作為其中必不可少的傳感器，激光雷達成為兵家必爭之地，有 Velodyne 的「高線束激光雷達」量產(chǎn)，Quanergy「全固態(tài)激光雷達」成功研發(fā)，以及速騰聚創(chuàng)等眾多后起之秀們不斷加入。

　　Velodyne 總部：美國

　　在激光雷達領(lǐng)域，Velodyne 可謂是「一哥」級。它成立于 1983 年，2005 年開始研發(fā)激光雷達，并于同年推出了第一款激光雷達傳感器。2007 年，Velodyne 用一款 64 線激光雷達進入 360° 高性能激光雷達領(lǐng)域，同時對外出售第一款激光雷達產(chǎn)品，拉開 Velodyne 布局激光雷達的大幕。

　　谷歌在其最早的自動駕駛原型汽車中，所使用的 LiDAR 傳感器就是由 Velodyne 開發(fā)的，其產(chǎn)品的測量精度在全行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)處于標桿地位，性能優(yōu)越。Velodyne 的 3D 激光雷達產(chǎn)品種類豐富，包括 16 線束、32 線束及 64 線束等，其中還有專門為智能駕駛汽車設(shè)計的 Ultra Puck 激光雷達。

　　2016 年 8 月，已經(jīng)剝離于 Velodyne 主體的激光雷達公司 Velodyne LiDAR 獲得由福特汽車與百度總金額為 1.5 億美元聯(lián)合投資。未來，Velodyne LiDAR 將量產(chǎn)最新款 3D 激光雷達傳感器以滿足居高不下的全球用戶需求。2019 年 6 月，Velodyne 開始與券商合作，籌劃在美 IPO。

　　ULTRA Puck VLP-32C

　　代表產(chǎn)品：ULTRA Puck VLP-32C

　　ULTRA Puck VLP-32C 是 Velodyne 最新推出的長距離 LiDAR 傳感器，它仍然屬于目前 Velodyne 主要研發(fā)的高清實時 3D LIDAR，結(jié)合了同類最佳的性能和小巧的外形。

　　特點：

　　其具有雙重回報;高達 200 米的范圍;每秒高達約 120 萬點;+ 15° 至 -25° 垂直視場;360° 水平視場;低功耗等特點。

　　綜合評價：

　　Velodyne 激光雷達項目目前已經(jīng)和 25 個不同的無人駕駛汽車項目達成了合作協(xié)議。幾乎所有涉及的 OEM 主機廠和 Tier 1 供應(yīng)商都在使用 Velodyne 的激光雷達產(chǎn)品。但是，Velodyne 采用的機械旋轉(zhuǎn)掃描方案有結(jié)構(gòu)過復雜、成本過高、良品率低、模塊生產(chǎn)難度大、體積大等問題。

　　Quanergy 總部：美國

　　這家硅谷新銳成立于 2012 年年底，研制出全球第一款固態(tài)激光雷達。這款產(chǎn)品 S3 在 CES 2016 上首次亮相，尺寸與 Velodyne 產(chǎn)品差不多。不同的是，Quanergy 取消了昂貴的機械旋轉(zhuǎn)形式，量產(chǎn)成本 250 美金(谷歌所用的激光雷達為 8 萬美元)。

　　Quanergy 固態(tài)激光雷達的關(guān)鍵技術(shù)「相控陣激光雷達技術(shù)」，正是創(chuàng)始人羅伊·艾爾達達(Louay Eldada)在哥倫比亞大學的博士研究課題。而另一位創(chuàng)始人于天越來自中國，曾是光伏企業(yè) Nanosolar 的首席科學家。

　　目前，與 Quanergy 合作的企業(yè)有：谷歌、蘋果、IBM、博世、奧迪、福特、戴姆勒等。

　　代表產(chǎn)品：M8

　　它是一款具有成本效益的長距離 LiDAR 傳感器，能夠在動態(tài)情況下無處不在地使用智能傳感。

　　特點：

　　M8 傳感器可在任何天氣下使用，憑借 360° 視野，每秒 420,000 點，長測量范圍，高精度和高分辨率。其采用了 Multi-LiDAR Fusion，這是 Quanergy 專有的智能技術(shù)。

　　綜合評價：

　　與機械傳感器相比，Quanergy 主打的固態(tài)激光雷達更小，更便宜。但是這一技術(shù)對于相關(guān)組件的尺寸要求很大，如何制造出如此大規(guī)模的器件，同時使它們能夠有效地運作成為一個系統(tǒng)，將是需要解決的最大問題。

　　Innoviz 總部：以色列

　　Innoviz 成立于 2016 年初，是一個專注于雷達傳感器的初創(chuàng)公司，致力于量產(chǎn)級固態(tài)雷達傳感器研發(fā)，并為其硬件開發(fā)配套輔助產(chǎn)品。該公司的創(chuàng)始人和主要技術(shù)均來自以色列國防軍。

　　InnovizOne

　　代表產(chǎn)品：InnovizOne

　　2017 年，Innoviz 發(fā)布了其旗艦級汽車 LiDAR 器件 InnovizOne，一款成本經(jīng)濟、設(shè)計緊湊的固態(tài) LiDAR 傳感器，能夠提供高清晰度 3D 掃描。

　　特點：

　　其具有高分辨率、長距離檢測、適應(yīng)不同陽光和天氣、低成本等特點。

　　綜合評價：

　　Innoviz 雖然成立不到 3 年時間，但是 Innoviz 已經(jīng)與麥格納和安波福建立了戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，也可謂是后起之秀。

　　LeddarTech 總部：加拿大

　　LeddarTech 于 2007 年在加拿大魁北克市成立，剝離自加拿大國家光學研究所，是全球唯一一家基于專利、前沿技術(shù)的高級探測與測距系統(tǒng)供應(yīng)商。

　　它主要為 OEM 主機廠、Tier 1 供應(yīng)商、零部件 & 子系統(tǒng)供應(yīng)商、系統(tǒng)集成商提供 LeddarCore IC 傳感器技術(shù)，用于開發(fā) ADAS/AD 解決方案中的激光雷達。2016 年，LeddarTech 對外公布了針對無人駕駛汽車的固態(tài)激光雷達 IC 路線圖。

　　Leddar M16

　　代表產(chǎn)品：Leddar M16

　　其是 16 段固態(tài) LiDAR 傳感器模塊，可同時為多個物體提供快速、連續(xù)、精準的檢測和測距，并具有出色的橫向辨別能力。

　　特點：

　　它的探測范圍高達 146 米;有各種光束選項，用于優(yōu)化視野;快速數(shù)據(jù)采集速率高達 100 Hz;免受環(huán)境光變化的影響;出色的堅固性，無移動部件等。

　　綜合評價：

　　除了自動駕駛汽車，LeddarTech 的激光雷達還可用在無人機和工業(yè)自動化領(lǐng)域。

　　北科天繪總部：北京

　　北科天繪成立于 2005 年，從 2014 年調(diào)查自動駕駛及機器人用激光雷達的市場潛力，2015 年開始啟動導航型 LiDAR 技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)。

　　2016 年 5 月發(fā)布 16 線 360 度導航 LiDAR——R-Fans，R-Fans 為 16 通道產(chǎn)品，俯仰視場為 30 度，測量距離 1-100 米，掃描儀總重 800 克。

　　A-Pilot 機載激光雷達

　　代表產(chǎn)品：A-Pilot

　　除了適用于汽車的激光雷達，北科天繪研制出 A-Pilot 機載激光雷達，是為了適應(yīng)我國多山地貌研制的航空測繪裝備，可搭載于無人機、固定翼，動力三角翼等多種飛行平臺上。

　　特點：

　　其具有測程遠;外設(shè)配套齊全;測量精度高;設(shè)備輕巧(AP-0300<4kg);數(shù)據(jù)采集頻率高，每秒 600,000 個點;覆蓋航帶寬度大，可掃描視場角 70° 等特點。

　　綜合評價：

　　目前，北科天繪已能避免同一輛汽車上的多臺激光雷達之間的串擾這一問題。裝在不同汽車上、由不同廠家生產(chǎn)的激光雷達之間相互串擾，仍是北科天繪需要攻克的問題。

　　速騰聚創(chuàng) 總部：深圳

　　速騰聚創(chuàng)在 2016 年 10 月，推出了國內(nèi)首個應(yīng)用于無人駕駛汽車的 16 線混合固態(tài)激光雷達 RS-LiDAR，測距 100 米，精度達到了 2cm，垂直 30 度(±15 度)，實時出點數(shù) 32 萬點每秒。并進行了初期的路測，這也是國產(chǎn)激光雷達首次進行公開展示和測試。

　　本月，速騰聚創(chuàng)完成了總額超過 3 億元的戰(zhàn)略融資，據(jù)悉，這是全國激光雷達企業(yè)陣營中最大的一次單輪融資。

　　RS-LiDAR-32

　　代表產(chǎn)品：RS-LiDAR-32

　　RS-LiDAR-32 是速騰聚創(chuàng)(RoboSense)量產(chǎn)的 32 線混合固態(tài)激光雷達系列產(chǎn)品。

　　特點：

　　RS-LiDAR-32 是基于車廠需求定制研發(fā)，專為滿足高速自動駕駛需求而設(shè)計的小型激光雷達，采用了中間密兩邊疏的激光頭布局設(shè)計，垂直測角 40°，最小垂直角分辨率為 0.33°，讓 32 線取得比 64 線擁有更優(yōu)的探測效果，更加專注于車輛行駛區(qū)域的點云數(shù)據(jù)采集。

　　綜合評價：

　　解決了成本問題、性能難關(guān)，速騰聚創(chuàng)可能將會是下一個大疆。

　　思嵐科技總部：上海

　　思嵐科技成立于 2013 年 10 月，前身為業(yè)內(nèi)具有較高知名度的 PoboPeak 團隊。他們主要產(chǎn)品是模塊化自主定位導航解決方案、低成本 2D 激光雷達和通用機器人移動平臺。

　　RPLIDAR A3

　　代表產(chǎn)品：RPLIDAR A3

　　思嵐科技推出的第三款激光雷達，可完成 360 度全方位掃描，只有 4cm 的超薄外觀。

　　特點：

　　具有測量半徑 25m;每秒 16000 次 ;室內(nèi)外均可使用等特點。

　　綜合評價：

　　光干擾可靠性一直是激光雷達出品的很重要品質(zhì)把控因素。經(jīng)過這幾年的努力，RPLIDAR A3 已經(jīng)具有相對優(yōu)異的環(huán)境光抗擊能力。當然，思嵐科技雷達產(chǎn)品的性能提升仍然有待提升。

　　禾賽科技總部：上海

　　禾賽科技于 2013 年成立于美國硅谷圣何塞，2014 年落戶上海。主營業(yè)務(wù)為自動駕駛激光雷達，激光天然氣遙測系統(tǒng)等。

　　禾賽 Pandar40

　　代表產(chǎn)品：禾賽Pandar40

　　去年，禾賽發(fā)布了用于自動駕駛的 40 線混合固態(tài)激光雷達 Pandar40，改變了自動駕駛激光雷達行業(yè)被國際巨頭壟斷而且需要半年以上交貨周期的現(xiàn)狀。

　　特點：

　　150 米距離、厘米級精度、高角分辨率(等效 83 線)、小體積。

　　綜合評價：

　　禾賽科技積累了多年開發(fā)激光遙測傳感器的經(jīng)驗，它的產(chǎn)品顯著低于國外競品的售價及交貨周期。

　　應(yīng)用領(lǐng)域

　　激光雷達不僅可以單獨使用，也能夠同微波雷達，可見光電視、紅外電視或微光電視等成像設(shè)備組合使用，使得系統(tǒng)既能搜索到遠距離目標，又能實現(xiàn)對目標的精密跟蹤。除了大眾所熟知的自動駕駛，激光雷達在很多領(lǐng)域也發(fā)揮著必不可少的作用。

　　城市三維建筑模型

　　「數(shù)字城市」是數(shù)字地球技術(shù)系統(tǒng)的重要組成部分，而表達城市主要物體的三維模型包括三維地形，三維建筑模型、三維管線模型。這些三維建筑模型是數(shù)字城市重要的基礎(chǔ)信息之一。

　　激光雷達技術(shù)可以快速完成三維空間數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過處理便可得到具有坐標信息的影像數(shù)據(jù)。

　　大氣環(huán)境監(jiān)測

　　激光雷達由于探測波長短、波束定向性強，能量密度高，因此具有高空間分辨率、高的探測靈敏度、能分辨被探測物種和不存在探測盲區(qū)等優(yōu)點，已經(jīng)成為目前對大氣進行高精度遙感探測的有效手段。利用激光雷達可以探測氣溶膠、云粒子的分布、大氣成分和風場的垂直廓線，對主要污染源可以進行有效監(jiān)控。

　　自動泊車技術(shù)

　　自動泊車系統(tǒng)一般在汽車前后四周安裝感應(yīng)器，這些感應(yīng)器既可以充當發(fā)送器，也可以充當接收器。它們會發(fā)送激光信號，當信號碰到車身周邊的障礙物時會反射回來。然后，車載計算機會利用其接收信號所需時間確定障礙物的位置。

　　智能交通信號控制

　　在城市重要交通路口信號控制系統(tǒng)中集成一個地面三維激光掃描系統(tǒng)，通過激光掃描儀對一定距離的道路進行連續(xù)掃描，獲得這段道路上實時、動態(tài)的車流量點云數(shù)據(jù)，再進行數(shù)據(jù)處理獲得車流量等參數(shù)，根據(jù)對東西向和南北向車流量大小的比較以及短暫車流量預(yù)測，從而自動調(diào)節(jié)東西向和南北向信號燈周期。

　　結(jié)語

　　對于激光雷達，成本問題是其面臨的首要問題，也因此一些企業(yè)望而卻步。其次，技術(shù)需要不斷完善。不過，由上文提及的各大企業(yè)產(chǎn)品可以看出，小型化、固態(tài)化、低成本化是激光雷達的大勢所趨。