自動駕駛汽車傳感器技術

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

激光雷達工作原理

激光雷達是一種雷達系統(tǒng)，是一種主動傳感器，所形成的數(shù)據(jù)是點云形式。其工作光譜段在紅外到紫外之間，主要發(fā)射機、接收機、測量控制和電源組成。工作原理為：首先向被測目標發(fā)射一束激光，然后測量反射或散射信號到達發(fā)射機的時間、信號強弱程度和頻率變化等參數(shù)，從而確定被測目標的距離、運動速度以及方位。除此之外，還可以測出大氣中肉眼看不到的微粒的動態(tài)等情況。激光雷達的作用就是精確測量目標的位置（距離與角度）、形.（大小）及狀態(tài)（速度、姿態(tài)），從而達到探測、識別、跟蹤目標的目的。

激光雷達技術路線

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

機械式車載激光雷達

機械式車載激光雷達是指通過機械旋轉實現(xiàn)激光掃描的車載激光雷達。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產生不同指向的激光光束；在步進電機的驅動下持續(xù)旋轉，豎直面內的激光光束由“線”變成“面”，經旋轉掃描形成多個激光“面”，從而實現(xiàn)探測區(qū)域內的3D 掃描。機械式車載激光雷達是最早應用于智能駕駛的激光雷達產品，時至今日憑借其原理簡單、易驅動、易實現(xiàn)水平360°掃描等優(yōu)點仍被廣泛應用于智能駕駛實驗測試車上。

盡管機械式車載激光雷達探測性能優(yōu)越、技術成熟，是當前的主流，但其高昂的成本和較短的使用壽命卻使其無法實現(xiàn)車規(guī)級量產。機械式車載激光雷達內部結構精密，零件數(shù)多、組裝工藝復雜、制造周期長，因此生產成本居高不下。HDL-64E 售價高達8 萬美元。機械式車載激光雷達內部含有大量可動部件，易受車輛振動影響，在行車環(huán)境下磨損嚴重，長期使用可靠性差。如今機械式傳感器平均失效時間為1000h～3000 h，而汽車廠商的要求是至少13000 h。此外，機械式激光雷達還存在接受光窗數(shù)值小、信噪比低等缺點。

混合式車載激光雷達

混合式車載激光雷達將微機電系統(tǒng)(MEMS)與振鏡結合形成MEMS 振鏡，通過振鏡旋轉完成激光掃描，一般稱為MEMS 車載激光雷達。其發(fā)射系統(tǒng)結構如下圖所示，驅動電路驅動激光器產生激光脈沖同時驅動MEMS 振鏡旋轉，激光在旋轉振鏡的反射下實現(xiàn)掃描，經發(fā)射光學單元準直后出射。

全固態(tài)車載激光雷達

全固態(tài)車載激光雷達，完全取消了機械掃描結構，水平和垂直方向的激光掃描均通過電子方式實現(xiàn)；相比于仍保留有“微動”機械結構的MEMS 激光雷達來

說，電子化的更加徹底。由于其內部沒有任何宏觀或微觀上的運動部件，可靠性高、耐持久使用，系統(tǒng)整體體積縮小。主要包括光學相控陣(OPA)車載激光雷達和閃光(Flash)型車載激光雷達兩種.

3D Flash 激光雷達

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

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