关于激光雷达，看这一篇就够了( 三 )
2015年，特斯拉宣布推出AutoPilot，率先拉开了L2+、L3级自动驾驶在量产车型上的大规模普及进程。由于当时激光雷达仍然价格高昂，马斯克提出了纯视觉的自动驾驶方案，摒弃了昂贵的激光雷达。纯视觉与激光雷达的路线之争也由此开始。
文章插图
2018年，全球领先的汽车零部件供应商法雷奥发布了全球首款车规级激光雷达——Valeo SCALA，随后率先搭载在全新一代奥迪A8上。
激光雷达的种类Velodyne开发的360°旋转式激光雷达是最早应用在自动驾驶汽车上的激光雷达类型。他的特点是呈圆柱（锥）形，需要顶在车辆较高的位置。而在刚刚过去的上海车展上，我们见到了很多封闭在一个平面内的激光雷达，而小鹏P5、极狐阿尔派S等车辆也并未将激光雷达装配在车顶位置，因为这些激光雷达原理略有不同，目前（准）量产车型上搭载的多数是混合固态激光雷达。
机械式激光雷达、混合固态激光雷达、纯固态激光雷达是按照激光雷达的结构进行的分类，不过分类的依据并不止于此。激光雷达主要包括四大要素：测距原理、光束操作方式、光源、探测器，据此可以将同一个激光雷达归类到不同的分类中。接下来我们举几个目前常说的几种分类：
按结构分类● 机械式激光雷达
机械式激光雷达是最早应用于自动驾驶的激光雷达类型，以Velodyne推出的几款产品最为知名。其特点是激光发生器竖直排列并可以360°旋转，通过旋转对四周环境进行全面的扫描。
机械式激光雷达最大的优点是可以通过物理旋转进行3D扫描，对周遭环境进行全面的覆盖形成点云。
而缺点也很明显，一个是高频的转动和复杂的机械结构致使其平均的失效时间仅1000-3000小时，难以达到车规级设备最低13000小时的要求。
文章插图
另一个问题是机械式激光雷达需要布置在车身最高点避免遮挡，对车辆造型造成很大的影响，凸起的雷达也较容易受损。
而在车顶布置激光雷达及其他设备以及加强结构，对车辆重心也容易带来影响。2017年，Uber一辆自动驾驶测试车在自动驾驶状态与对向车辆发生碰撞导致侧翻，被认为与车顶过中的设备带来的重心提高有关。
另外，机械式激光雷达复杂的结构也不易控制成本，高昂的售价也是影响其广泛装备量产车型的一大因素。目前尚没有达到车规并搭载在（准）量产车型的经销商激光雷达问世。
● 纯固态激光雷达
针对车规级设备需要在连续振动、高低温、高湿高盐等环境下连续工作的特点，固态激光雷达成为了较为可行的发展方向。相比机械式激光雷达，固态激光雷达仅面向一个方向一定角度进行扫描，覆盖范围有所限制。但取消了复杂高频转动的机械结构，耐久性得到了巨大的提升，体积也可以大幅缩小。纯固态激光雷达主要包括OPA光学相控阵和Flash闪光激光雷达两种。
◆ OPA光学相控阵
喜欢军事的朋友应该都听过军机、军舰上搭载的相控阵雷达，而OPA光学相控阵激光雷达的原理与之相似。
相控阵雷达发射的是电磁波，同样也是波的一种，波与波之间会产生干涉现象。通过控制相控阵雷达平面阵列各个阵元的电流相位，利用相位差可以让不同的位置的波源会产生干涉，从而指向特定的方向。往复控制相位差便可以实现扫描的效果。
文章插图
我们知道光和电磁波一样也表现出波的特性，因此同样可以利用相位差控制干涉让激光“转向”特定的角度，往复控制实现扫描效果。
OPA光学相控阵激光雷达发射机采用纯固态器件，没有任何需要活动的机械结构，因此在耐久度上表现更出众。
但是，OPA激光雷达要求阵列单元尺寸必需不大于半个波长，因此每个器件尺寸仅500nm左右，对材料和工艺的要求都极为苛刻，因此成本也相应的居高不下，目前也很少有专注开发OPA激光雷达的品牌。
◆ Flash闪光
Flash闪光激光雷达原理完全不同，他不是通过扫描的方式，而是在短时间内直接向前方发射出一大片覆盖探测区域的激光，通过高度灵敏的接收器实现对环境周围图像的绘制。Flash激光雷达的原理类似于拍照，但最终生成的数据包含了深度等3D数据。
由于结构简单，Flash闪光激光雷达是目前纯固态激光雷达最主流的技术方案。
推荐阅读
- 徐瑞哲 造中国天眼、发超强激光、开采可燃冰，年纪轻轻有没有科研经费、生儿育女压力
- Tesla 雷达终结者，这回特斯拉连毫米波雷达都省了
- 雷达 海洋深处的眼睛——激光雷达
- 送男朋友啥篮球鞋比较好
- 天文 山海经中为什么那么多异人异兽为什么还有关于天文观测台的记录
- 科普中国-科学原理一点通 海洋深处的眼睛——激光雷达
- Tesla 坚持不用激光雷达的马斯克图啥？
- Tesla 取消了雷达的特斯拉还安全吗？美权威机构近期或重测Model 3
- 天体 平常我们看到的关于太阳系图片，天体之间的比例是真实的吗
- 陨石 研究称地球上的小行星撞击坑提供了关于火星陨石坑的线索