什么是激光雷達？原理、分類及國內外主要激光雷達公司一覽

1 什么是激光雷達

激光雷達(Lidar，Light Detection and Ranging)是激光探測與測距，一般其作用是感知車輛快速移動時的距離和速度。其下游應用領域廣泛，包括了 L4 及以上高等級自動駕駛、ADAS 系統、智慧城市(車路協同)、專業服務機器人及測繪等。

2 激光雷達的作用原理

將激光當作信號源，然后把激光器發射出的脈沖激光，打到地面的樹木、橋梁、道路、建筑物上，引發散射，那么部分光波則能夠反射至激光雷達的接收器上，利用測量激光信號的時間差與相位差確定距離，然后根據水平旋轉掃描測量角度，據距離和角度的參數建立二維的極坐標系，接著獲取不同俯仰角度信號得到三維中的高度信息，這樣就能夠構建精確的三維立體圖像。

3 激光雷達的構成

激光雷達本質是一個由多種部件構成的光機電系統，為了實現以上功能，常用的激光雷達主要有四部分組成，即激光發射、激光接收、掃描和信息處理，其中，光學元器件在前三部分中都有大量使用，是激光雷達的重要組成部分。

(1)激光發射部分：包含激光器和發射光學系統，激光器是光源，通常采用半導體激光器，但半導體激光器具有光斑形狀不規則，發散角度大的問題，因此需要配套的發射光學系統對輸出光束進行準直整形，改善光束質量。發射光學系統主要包含的光學元器件為準直鏡、分束器、擴散片等。

(2)激光接收部分：包含光電探測器和接收光學系統，其中，接收光學系統由透鏡、分束器、窄帶濾光片等光學元器件組成，其作用是盡可能收集經目標反射后的光能量。

(3)掃描系統部分：傳統的構成部分是旋轉電機和掃描鏡。

(4)信息處理部分：主要包含放大器、數模轉換器以及軟件算法，工作時，光信號由探測器轉換為電信號，電信號經過放大器放大，降低噪聲和干擾，然后經數模轉換器進行數模轉換，用于處理和計算。

4 激光雷達的分類

根據激光雷達掃描方式分類，可分為三大類，即機械式、混合固態式(半固態式)和純固態式，混合固態式分為MEMS、轉鏡、棱鏡，純固態式分為FLASH和OPA

(1)機械式：通過電機帶動收發陣列進行整體旋轉，實現對空間水平 360°視場范圍掃描，掃描速度快、精度較高，但穩定性差、可靠性低、成本高、壽命短

(2)MEMS：采用微振鏡反射激光器光線，運動部件減少、尺寸較小、成本較低、可靠性提升，但探測角度有限、壽命較短、激光效率較低、信噪比較低、有效距離較短

(3)轉鏡：電機帶動轉鏡運動，收發模塊保持不動，精度較高、成本較低、功耗低，但探測距離短，信噪比低、探測角度受限

(4)棱鏡采用棱鏡轉動，進行非重復式掃描，點云密度高，可探測距離遠，但機械結構復雜，零部件易磨損

(5)FLASH：采用短時間發射大覆蓋圓陣激光。以高靈敏探測器完成圖像繪制，體積小、結構簡單、信息量大，但功率密度低，分辨率低，探測距離短

(6)OPA：通過移相器相位的調節，利用相干原理實現激光按特定方向發射，精度高、掃描速度快、可控性好、抗震性能好、體積小、量產后成本低，但環境光干擾，光信號覆蓋有限，對材料和工藝要求苛刻，加工難度大，目前成本較高

5 國內外激光雷達公司

激光雷達公司有Velodyne、Luminar、Aeva、Innoviz、Ouster、Ibeo、Innovusion

國內主要的激光雷達公司有禾賽科技、速騰聚創、鐳神智能大疆覽沃

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