[科普]一文看懂激光雷达LIDAR基本工作原理
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发布时间：2024-04-26 09:41
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时间：2024-04-27 10:58
激光雷达：探索光与距离的精密测量艺术
激光雷达，这个科技界的璀璨明珠，其工作原理如同一束红外光的精密导航员。它通过发射激光、接收反射、并解析回波时间和光谱信息，编织出一幅幅三维点云图，这是现代自动驾驶和机器人技术的基石。核心组件包括高效发射器、高灵敏度接收器，以及精密的惯性导航系统，共同构建起激光雷达的精密信号处理链。
在技术领域，ToF（飞行时间法）和相干探测（如FMCW）是两种主要方法。车载激光雷达需具备宽广的视场角，例如奥迪A8上的转镜式雷达，其25°垂直和360°或120°水平视角能满足L2+级别要求，提供150米以上的探测距离和小于3厘米的精准测距。而固态雷达，如OPA，凭借相控阵原理，能在恶劣环境中保持稳定指向，是未来的发展趋势。
激光雷达的构造精妙，硬件方面，包括先进的数字信号处理器(DSP)、驱动激光的微电子设备，以及光学镜头、光探测器等。尽管半导体技术的革新降低了成本，但光学和机械结构的复杂性仍占据重要位置。机械式激光雷达虽精度高但成本高昂，而半固态和固态解决方案则在小型化和成本控制上寻求平衡，如Luminar的MEMS技术正在挑战传统边界。
点光源和线光源的选用影响着激光雷达的覆盖范围和性能。面光源能直接覆盖大范围，而点光源和线光源则需要扫描来扩展视野。例如，小鹏P5上的 Livox棱镜式激光雷达在成本和高精度之间找到了平衡，而固态-FLASH激光雷达则在全局成像和低成本上独树一帜，但需解决功率密度的问题。
在性能参数上，测距能力、分辨率、精度等是衡量激光雷达的重要标准，同时，点频、抗干扰能力、功耗和线数也揭示了系统的性能潜力。多传感器标定、可靠性和安全性则是产品设计的关键要素。诸如dToF和iToF的测距方法，以及PLD、APD等感光元件，都为实现更精确的测量提供了可能。
尽管固态激光雷达如OPA技术难度高，但其耐久性、体积小和成本降低的潜力使得它在车规级市场备受期待。然而，技术成熟度和量产能力仍是制约其广泛应用的关键因素。例如，Quanergy S3系列凭借高MTBF和卓越的探测性能，定价合理，但仍有提高功率和优化阵列技术的需求。
总的来说，激光雷达的每一处细节都关乎性能与成本的微妙平衡。随着技术的不断进步，我们期待激光雷达在未来的自动驾驶领域中发挥更大的作用，为我们的出行带来更安全、更智能的体验。
