自動(dòng)駕駛汽車傳感器技術(shù)

智能駕駛技術(shù)的迅速發(fā)展極大地推動(dòng)了各類環(huán)境感知傳感器的研究。車載激光雷達(dá)(LiDAR)因其具有可準(zhǔn)確獲取目標(biāo)的三維信息、分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)、探測(cè)范圍廣、近全天候工作等優(yōu)點(diǎn)，在智能駕駛環(huán)境感知系統(tǒng)中占據(jù)了重要地位.

激光雷達(dá)工作原理

激光雷達(dá)是一種雷達(dá)系統(tǒng)，是一種主動(dòng)傳感器，所形成的數(shù)據(jù)是點(diǎn)云形式。其工作光譜段在紅外到紫外之間，主要發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、測(cè)量控制和電源組成。工作原理為：首先向被測(cè)目標(biāo)發(fā)射一束激光，然后測(cè)量反射或散射信號(hào)到達(dá)發(fā)射機(jī)的時(shí)間、信號(hào)強(qiáng)弱程度和頻率變化等參數(shù)，從而確定被測(cè)目標(biāo)的距離、運(yùn)動(dòng)速度以及方位。除此之外，還可以測(cè)出大氣中肉眼看不到的微粒的動(dòng)態(tài)等情況。激光雷達(dá)的作用就是精確測(cè)量目標(biāo)的位置（距離與角度）、形.（大?。┘盃顟B(tài)（速度、姿態(tài)），從而達(dá)到探測(cè)、識(shí)別、跟蹤目標(biāo)的目的。

激光雷達(dá)技術(shù)路線

車載激光雷達(dá)主要分為三種：機(jī)械式車載激光雷達(dá)，混合式車載激光雷達(dá)，全固態(tài)車載激光雷達(dá)。

機(jī)械式車載激光雷達(dá)

機(jī)械式車載激光雷達(dá)是指通過機(jī)械旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)激光掃描的車載激光雷達(dá)。其中，激光發(fā)射部件在豎直方向上排布成激光光源線陣，并可通過透鏡在豎直面內(nèi)產(chǎn)生不同指向的激光光束；在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下持續(xù)旋轉(zhuǎn)，豎直面內(nèi)的激光光束由“線”變成“面”，經(jīng)旋轉(zhuǎn)掃描形成多個(gè)激光“面”，從而實(shí)現(xiàn)探測(cè)區(qū)域內(nèi)的3D 掃描。機(jī)械式車載激光雷達(dá)是最早應(yīng)用于智能駕駛的激光雷達(dá)產(chǎn)品，時(shí)至今日憑借其原理簡(jiǎn)單、易驅(qū)動(dòng)、易實(shí)現(xiàn)水平360°掃描等優(yōu)點(diǎn)仍被廣泛應(yīng)用于智能駕駛實(shí)驗(yàn)測(cè)試車上。

盡管機(jī)械式車載激光雷達(dá)探測(cè)性能優(yōu)越、技術(shù)成熟，是當(dāng)前的主流，但其高昂的成本和較短的使用壽命卻使其無法實(shí)現(xiàn)車規(guī)級(jí)量產(chǎn)。機(jī)械式車載激光雷達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu)精密，零件數(shù)多、組裝工藝復(fù)雜、制造周期長(zhǎng)，因此生產(chǎn)成本居高不下。HDL-64E 售價(jià)高達(dá)8 萬美元。機(jī)械式車載激光雷達(dá)內(nèi)部含有大量可動(dòng)部件，易受車輛振動(dòng)影響，在行車環(huán)境下磨損嚴(yán)重，長(zhǎng)期使用可靠性差。如今機(jī)械式傳感器平均失效時(shí)間為1000h～3000 h，而汽車廠商的要求是至少13000 h。此外，機(jī)械式激光雷達(dá)還存在接受光窗數(shù)值小、信噪比低等缺點(diǎn)。

混合式車載激光雷達(dá)

混合式車載激光雷達(dá)將微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)與振鏡結(jié)合形成MEMS 振鏡，通過振鏡旋轉(zhuǎn)完成激光掃描，一般稱為MEMS 車載激光雷達(dá)。其發(fā)射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示，驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)激光器產(chǎn)生激光脈沖同時(shí)驅(qū)動(dòng)MEMS 振鏡旋轉(zhuǎn)，激光在旋轉(zhuǎn)振鏡的反射下實(shí)現(xiàn)掃描，經(jīng)發(fā)射光學(xué)單元準(zhǔn)直后出射。

全固態(tài)車載激光雷達(dá)

全固態(tài)車載激光雷達(dá)，完全取消了機(jī)械掃描結(jié)構(gòu)，水平和垂直方向的激光掃描均通過電子方式實(shí)現(xiàn)；相比于仍保留有“微動(dòng)”機(jī)械結(jié)構(gòu)的MEMS 激光雷達(dá)來

說，電子化的更加徹底。由于其內(nèi)部沒有任何宏觀或微觀上的運(yùn)動(dòng)部件，可靠性高、耐持久使用，系統(tǒng)整體體積縮小。主要包括光學(xué)相控陣(OPA)車載激光雷達(dá)和閃光(Flash)型車載激光雷達(dá)兩種.

3D Flash 激光雷達(dá)

3D Flash 激光雷達(dá)以一次脈沖向全視野發(fā)射，利用飛行時(shí)間成像儀接收反射信號(hào)并成像，發(fā)射的激光波長(zhǎng)是關(guān)鍵因素。如果使用905nm，雖然成本較低，但功率受限，因此探測(cè)距離不夠遠(yuǎn)。若使用1550nm，在接收上需要更高成本的探測(cè)器，目前尚沒有商用條件。也有一批廠商采用Flash 技術(shù)路線，對(duì)成本和人眼保護(hù)的平衡形成了一定的解決方案。

典型企業(yè)和產(chǎn)品：LeddarTech 的LCA3，Tetravue，Princeton Lightwave，Trilumina (VCSEL 陣列)，Toyota 豐田，等；短期MEMS 方案較快落地，中長(zhǎng)期OPA和3D Flash 方案有望突破