自動(dòng)駕駛與雷達(dá)(三)? ?激光雷達(dá)
姓名：張波蚣录；? 學(xué)號(hào)：22021211233； 學(xué)院：電子工程學(xué)院
【嵌牛導(dǎo)讀】激光雷達(dá)站叼，也稱光學(xué)雷達(dá)（LIght Detection And Ranging）是激光探測(cè)與測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱球榆，它通過(guò)測(cè)定傳感器發(fā)射器與目標(biāo)物體之間的傳播距離朽肥，分析目標(biāo)物體表面的反射能量大小、反射波譜的幅度持钉、頻率和相位等信息衡招，從而呈現(xiàn)出目標(biāo)物精確的三維結(jié)構(gòu)信息。目前每强，隨著自動(dòng)駕駛的大火始腾，價(jià)格昂貴的Lidar逐漸出現(xiàn)在人們的眼前。
【嵌牛鼻子】LIDRA 結(jié)構(gòu)
【嵌牛提問(wèn)】你覺(jué)得未來(lái)激光雷達(dá)的價(jià)格會(huì)逐漸下降到多少空执，激光雷達(dá)的未來(lái)市場(chǎng)是什么浪箭？
????????自上世紀(jì)60年代激光被發(fā)明不久，激光雷達(dá)就大規(guī)模發(fā)展起來(lái)脆烟。目前激光雷達(dá)廠商主要使用波長(zhǎng)為 905nm 和 1550nm 的激光發(fā)射器山林，波長(zhǎng)為 1550nm 的光線不容易在人眼液體中傳輸房待，這意味著采用波長(zhǎng)為 1550nm 激光的激光雷達(dá)的功率可以相當(dāng)高邢羔，而不會(huì)造成視網(wǎng)膜損傷。更高的功率桑孩，意味著更遠(yuǎn)的探測(cè)距離拜鹤，更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，意味著更容易穿透粉塵霧霾流椒。但受制于成本原因敏簿，生產(chǎn)波長(zhǎng)為1550納米的激光雷達(dá)，要求使用昂貴的砷化鎵材料宣虾。廠商更多選擇使用硅材料制造接近于可見(jiàn)光波長(zhǎng)的 905nm 的激光雷達(dá)惯裕，并嚴(yán)格限制發(fā)射器的功率，避免造成眼睛的永久性損傷绣硝。
LiDAR的結(jié)構(gòu)
????????激光雷達(dá)主要包括激光發(fā)射蜻势、接收、掃描器鹉胖、透鏡天線和信號(hào)處理電路組成握玛。激光發(fā)射部分主要有兩種，一種是激光二極管甫菠，通常有硅和砷化鎵兩種基底材料挠铲，再有一種就是目前非常火熱的垂直腔面發(fā)射（VCSEL）（比如 iPhone 上的 LiDAR）寂诱，VCSEL 的優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉拂苹，體積極小，功耗極低痰洒，缺點(diǎn)是有效距離比較短醋寝，需要多級(jí)放大才能達(dá)到車用的有效距離搞挣。
????????激光雷達(dá)主要應(yīng)用了激光測(cè)距的原理，而如何制造合適的結(jié)構(gòu)使得傳感器能向多個(gè)方向發(fā)射激光束音羞，如何測(cè)量激光往返的時(shí)間囱桨，這便區(qū)分出了不同的激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)。
機(jī)械式
????????以 Velodyne 2007年推出了一款激光雷達(dá)為例嗅绰，它把 64 個(gè)激光器垂直堆疊在一起舍肠，使整個(gè)單元每秒旋轉(zhuǎn)許多次。發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)存在物理意義上的轉(zhuǎn)動(dòng)窘面，也就是通過(guò)不斷旋轉(zhuǎn)發(fā)射器翠语，將激光點(diǎn)變成線，并在豎直方向上排布多束激光發(fā)射器形成面财边，達(dá)到 3D 掃描并接收信息的目的肌括。但由于通過(guò)復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)高頻準(zhǔn)確的的轉(zhuǎn)動(dòng)，平均的失效時(shí)間僅 1000-3000 小時(shí)酣难，難以達(dá)到車廠最低 13000 小時(shí)的要求谍夭。
混合固態(tài)式
????????利用微電子機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)驅(qū)動(dòng)旋鏡，反射激光束指向不同方向憨募〗羲鳎混合固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)包括了：數(shù)據(jù)采集速度快，分辨率高菜谣，對(duì)于溫度和振動(dòng)的適應(yīng)性強(qiáng)珠漂；通過(guò)波束控制，探測(cè)點(diǎn)（點(diǎn)云）可以任意分布尾膊，例如在高速公路主要掃描前方遠(yuǎn)處媳危，對(duì)于側(cè)面稀疏掃描但并不完全忽略，在十字路口加強(qiáng)側(cè)面掃描冈敛。而只能勻速旋轉(zhuǎn)的機(jī)械式激光雷達(dá)是無(wú)法執(zhí)行這種精細(xì)操作的待笑。
光學(xué)相控陣式(OPA)
相控陣發(fā)射器由若干發(fā)射接收單元組成陣列，通過(guò)改變加載在不同單元的電壓莺债，進(jìn)而改變不同單元發(fā)射光波特性滋觉，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)單元光波的獨(dú)立控制，通過(guò)調(diào)節(jié)從每個(gè)相控單元輻射出的光波之間的相位關(guān)系齐邦，在設(shè)定方向上產(chǎn)生互相加強(qiáng)的干涉從而實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度光束椎侠，而其他方向上從各個(gè)單元射出的光波彼此相消。組成相控陣的各相控單元在程序的控制下可使一束或多束高強(qiáng)度光束按設(shè)計(jì)指向?qū)崿F(xiàn)空域掃描措拇。
但光學(xué)相控陣的制造工藝難度較大我纪，這是由于要求陣列單元尺寸必需不大于半個(gè)波長(zhǎng)，普通目前激光雷達(dá)的任務(wù)波長(zhǎng)均在1微米左右，這就意味著陣列單元的尺寸必需不大于500納米浅悉。而且陣列數(shù)越多趟据，陣列單元的尺寸越小，能量越往主瓣集中术健，這就對(duì)加工精度要求更高汹碱。此外，材料選擇也是十分關(guān)鍵的要素荞估。
泛光面陣式（FLASH）
泛光面陣式是目前全固態(tài)激光雷達(dá)中最主流的技術(shù)咳促，其原理也就是快閃，它不像 MEMS 或 OPA 的方案會(huì)去進(jìn)行掃描勘伺，而是短時(shí)間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測(cè)區(qū)域的激光跪腹，再以高度靈敏的接收器，來(lái)完成對(duì)環(huán)境周圍圖像的繪制飞醉。
轉(zhuǎn)自:https://zhuanlan.zhihu.com/p/139350599冲茸。
