激光雷达介绍

激光雷达的分类

按测距方法分类

ToF是最主流的测距方案,但Mobileye、Aeva及Blackmore(已被Aurora收购)等公司则是从一开始就采用了FMCW测距方案。FMCW和TOF几乎是两个独立的品类,除了光学镜头、扫描器件相似,其他都完全不同。

ToF激光雷达的结构分为激光发射器、激光探测器及扫描部件三部分。激光发射器按波长可主要分为905 nm和1550 nm两种,按集成度主要可分为EEL(边发射激光器)和VCSEL(垂直腔面发射激光器)两种;激光探测器按集成度和感光灵敏度主要分为APD(雪崩光电二极管)和SPAD(单光子光电探测雪崩二极)等;按扫描部件,可分机械旋转式、混合固态与纯固态。

dTOF

飞行时间法,通过记录发射一束激光脉冲与探测器接收到回波信号的时间差,直接计算目标物与传感器之间的距离

iTOF

通过测量相位偏移间接测量飞行时间,分为FMCW和AMCW

FMCW是通过在时间上调整激光频率并检测发射与回波间的拍频信号,同时完成对目标物距离及速度的探测。

按扫描方式分类

机械

机械部分(扫描模块)和电子部分(激光收发模块)都在运动——被电机带着360度旋转。

固态

不仅激光收发模块不运动,而且,扫描模块也没有机械运动。纯固态方案主要有OPA和Flash两种。

主流厂商也很少有在开发OPA产品的;Ibeo、大陆、Ouster等公司的纯固态激光雷达,都是基于Flash方案。其中,Ouster公司的Flash激光雷达已搭载在多家公司的无人卡车、矿车、环卫车上了。

混合固态

激光收发模块是不运动的,只有扫描模块在运动。按扫描模块的运动方式划分,混合固态又分为MEMS、转镜式和棱镜式三种

按扫描部件分类

MEMS

MEMS激光雷达的优势是分辨率高、集成度高、体积小、成本低(在现有方案中是集成度最高、成本最低的),缺点是扫描镜上的光孔比较小,导致平均每条光束上的能量不足,因而在现有技术条件下探测距离比较短。 

代表公司有Innoviz、速腾聚创、先锋

转镜式

MEMS的扫描镜是围绕着某条直径上下振动,而转镜则是围绕着圆心旋转。这种扫描方式,意味着功耗比较低,散热难度低,因而也容易实现比较高的可靠性。

转镜方案分一维转镜(Ibeo、禾赛)和二维转镜(Luminar、Innovusion)两种,所谓一维转镜,即只有一面扫描镜,二维转镜即有一纵一横两面扫描镜。一维转镜是有多少线就有多少个激光发射器,这意味着在做高线数产品时不仅成本高,而且集成难度很大,因而线数很难做高(法雷奥的Scala 1只有4线,Scala 2也只有16线,原因便在于此);二维转镜则跟MEMS类似,是只用数量很少的激光发射器,通过扫描镜高速旋转中的折射和反射来达到“多线”的效果,这样不仅可节省激光器的成本,也可做高“线数”。

代表玩家有法雷奥、Luminar、Innovusion及华为

第一个过车规的激光雷达即法雷奥的Scala就是基于转镜式方案,因为这一方案容易过车规已经过验证了,其他主打前装量产市场的厂商们也纷纷效仿。

棱镜式

使用的是非重复扫描技术,这意味着,其需要搭配的算法跟主流基于重复扫描技术的激光雷达不同。

与MEMS和二维转镜方案相比,棱镜式方案用的激光发射器数量更多,也能达到更高的点云密度、更远的探测距离,但因电机的转速比转镜式方案下高数倍,棱镜方案对电机轴承等可靠性提出了非常大的挑战。Livox在做无人机时积累了精密电机制造技术,有信心克服这一困难,而目前其他厂商鲜有去探索这一技术的。

参考文献

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