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，所形成的數據是點云形式。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，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車規(guī)級量產。機械式車載激光雷達內部結構精密，零件數多、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；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