固態(tài)激光雷達工作原理

何為固態(tài)激光雷達？

    理論上來說，固態(tài)激光雷達是完全沒有移動部件的雷達，光相控陣（OpticalPhased Array）及Flash是其典型技術路線，也被認為是純固態(tài)激光雷達方案。但近年來，一些非完全旋轉的激光雷達也被統(tǒng)稱為“固態(tài)激光雷達”，它們具備了固態(tài)激光雷達很多的性能特點，如分辨率高、有限水平FOV（前向而不是360°）等，但這些技術方案會有一些微小的移動部件，從嚴格意義上來說不能算純固態(tài)激光雷達。

固態(tài)激光雷達工作原理

        固態(tài)激光雷達主要是依靠波的反射或接收來探測目標的特性，大多源自三維圖像傳感器的研究，實際源自紅外焦平面成像儀，焦平面探測器的焦平面上排列著感光元件陣列，從無限遠處發(fā)射的紅外線經過光學系統(tǒng)成像在系統(tǒng)焦平面的這些感光元件上，探測器將接受到光信號轉換為電信號并進行積分放大、采樣保持，通過輸出緩沖和多路傳輸系統(tǒng)，最終送達監(jiān)視系統(tǒng)形成圖像。

固態(tài)激光雷達形成的三種技術路線

經過多年的發(fā)展，固態(tài)激光雷達的基本框架已經比較清晰了，以下是目前主流的三種方案。

1．MEMS（Micro－Electro－Mechanical System）微機電系統(tǒng)

MEMS指代的是將機械機構進行微型化、電子化的設計，將原本體積較大的機械結構通過微電子工藝集成在硅基芯片上，進行大規(guī)模生產。技術成熟，完全可以量產。主要是通過MEMS微鏡來實現(xiàn)垂直方面的一維掃描，整機360度水平旋轉來完成水平掃描，而其光源是采用光纖激光器，這主要是由于905納米的管子重頻做不高，重頻一高平均功率就會太大，會影響激光管的壽命。

從嚴格意義上來說，MEMS并不算是純固態(tài)激光雷達，這是因為在MEMS方案中并沒有完全消除機械，而是將機械微型化了，掃描單元變成了MEMS微鏡。

2．OPA（optical phased array）光學相控陣技術

相比其他技術方案，OPA方案給大家描述了一個激光雷達芯片級解決方案的美好前景，它主要是采用多個光源組成陣列，通過控制各光源發(fā)光時間差，合成具有特定方向的主光束。然后再加以控制，主光束便可以實現(xiàn)對不同方向的掃描。雷達精度可以做到毫米級，且順應了未來激光雷達固態(tài)化、小型化以及低成本化的趨勢，但難點在于如何把單位時間內測量的點云數(shù)據(jù)提高以及投入成本巨大等問題。

3．Flash

Flash激光雷達的原理也是快閃，它不像MEMS或OPA的方案會去進行掃描，而是短時間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對環(huán)境周圍圖像的繪制。

何為固態(tài)激光雷達？

    理論上來說，固態(tài)激光雷達是完全沒有移動部件的雷達，光相控陣（OpticalPhased Array）及Flash是其典型技術路線，也被認為是純固態(tài)激光雷達方案。但近年來，一些非完全旋轉的激光雷達也被統(tǒng)稱為“固態(tài)激光雷達”，它們具備了固態(tài)激光雷達很多的性能特點，如分辨率高、有限水平FOV（前向而不是360°）等，但這些技術方案會有一些微小的移動部件，從嚴格意義上來說不能算純固態(tài)激光雷達。

固態(tài)激光雷達工作原理

        固態(tài)激光雷達主要是依靠波的反射或接收來探測目標的特性，大多源自三維圖像傳感器的研究，實際源自紅外焦平面成像儀，焦平面探測器的焦平面上排列著感光元件陣列，從無限遠處發(fā)射的紅外線經過光學系統(tǒng)成像在系統(tǒng)焦平面的這些感光元件上，探測器將接受到光信號轉換為電信號并進行積分放大、采樣保持，通過輸出緩沖和多路傳輸系統(tǒng)，最終送達監(jiān)視系統(tǒng)形成圖像。

固態(tài)激光雷達形成的三種技術路線

經過多年的發(fā)展，固態(tài)激光雷達的基本框架已經比較清晰了，以下是目前主流的三種方案。

1．MEMS（Micro－Electro－Mechanical System）微機電系統(tǒng)

MEMS指代的是將機械機構進行微型化、電子化的設計，將原本體積較大的機械結構通過微電子工藝集成在硅基芯片上，進行大規(guī)模生產。技術成熟，完全可以量產。主要是通過MEMS微鏡來實現(xiàn)垂直方面的一維掃描，整機360度水平旋轉來完成水平掃描，而其光源是采用光纖激光器，這主要是由于905納米的管子重頻做不高，重頻一高平均功率就會太大，會影響激光管的壽命。

從嚴格意義上來說，MEMS并不算是純固態(tài)激光雷達，這是因為在MEMS方案中并沒有完全消除機械，而是將機械微型化了，掃描單元變成了MEMS微鏡。

2．OPA（optical phased array）光學相控陣技術

相比其他技術方案，OPA方案給大家描述了一個激光雷達芯片級解決方案的美好前景，它主要是采用多個光源組成陣列，通過控制各光源發(fā)光時間差，合成具有特定方向的主光束。然后再加以控制，主光束便可以實現(xiàn)對不同方向的掃描。雷達精度可以做到毫米級，且順應了未來激光雷達固態(tài)化、小型化以及低成本化的趨勢，但難點在于如何把單位時間內測量的點云數(shù)據(jù)提高以及投入成本巨大等問題。

3．Flash

Flash激光雷達的原理也是快閃，它不像MEMS或OPA的方案會去進行掃描，而是短時間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對環(huán)境周圍圖像的繪制。