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如題，雖然MEMS固態(tài)激光雷達(dá)有很多優(yōu)勢，但機(jī)械式旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)依然還有它的應(yīng)用市場，具體是哪些優(yōu)勢和場合？

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作為研發(fā)過激光雷達(dá)的一線人員進(jìn)行一些優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)：

MEMS雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)：

1.相比于機(jī)械雷達(dá)，MEMS更省收發(fā)組件，傳統(tǒng)32線機(jī)械雷達(dá)需要32個收發(fā)模塊排列，利用率極低，采用MEMS微振鏡模式，只需要保證振鏡震動，若干個收發(fā)組件即可實(shí)現(xiàn)大范圍場景覆蓋。

2.機(jī)械式激光雷達(dá)由于存在旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，供電和數(shù)據(jù)傳輸比較考驗(yàn)，內(nèi)部通信要保證一定的通信質(zhì)量，因此魯棒性低。MEMS微振鏡不存在這個問題，整個結(jié)構(gòu)只需要保證振鏡運(yùn)動，降低了設(shè)計(jì)難度。

缺點(diǎn)：

1.雖然節(jié)省了收發(fā)模塊，但是MEMS微振鏡成本并不低，工藝一致性也不能完全保證。在控制振鏡這塊，不同振鏡物理特性不一樣，一致性的問題導(dǎo)致了MEMS雷達(dá)振鏡調(diào)整需要大量的人工調(diào)試環(huán)節(jié)。

2.MEMS微振鏡的掃描方式?jīng)Q定了其受制于物理尺寸限制，存在不可調(diào)和矛盾。為了保證刷新率，振鏡尺寸要小，震動頻率高，但是尺寸小降低了反光面積，就降低了接收孔徑，影響接收能量，從而降低了激光雷達(dá)的探測距離，如果尺寸做大，提高雷達(dá)探測距離，但是同樣降低了雷達(dá)的刷新幀率，又影響在自動駕駛這塊的實(shí)時性。

3.兩軸振動仍然不夠成熟，還需要時間在其工藝上有所進(jìn)展，目前仍然不能保證量產(chǎn)，穩(wěn)定性不夠。

4.在車輛上工作，如果遇到較大的振動，mems振鏡仍然有損壞的隱患，目前過車規(guī)仍然是難點(diǎn)。

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隨著今年下半年小鵬P5、極狐阿爾法S、蔚來ET7等搭載激光雷達(dá)的車型相繼面世，“激光雷達(dá)”一詞也頻頻登上熱搜。這個曾被大洋彼岸的埃隆·馬斯克嗤之以鼻的“傻子玩意”，儼然成為了國內(nèi)造車勢力眼中的“香餑餑”。

不僅如此，國內(nèi)廠家對于自家的激光雷達(dá)也有著不同的定義：“首款”、“首次量產(chǎn)”等等前綴讓消費(fèi)者看得頭暈眼花。想要“理性吃瓜”，這個激光雷達(dá)到底是什么？你真的知道嗎？

什么是激光雷達(dá)？

在2019年馬斯克曾說過“激光雷達(dá)是傻子的玩意，任何人用激光雷達(dá)都注定失敗”。這個讓馬斯克diss的東西究竟是什么呢？

激光雷達(dá)是通過發(fā)射和接收激光，測量激光信號的時間差或相位差來感知外界障礙物的高度、角度和距離等信息，通過水平旋轉(zhuǎn)掃描來測角度，并根據(jù)這兩個參數(shù)建立二維的極坐標(biāo)系，然后通過獲取不同俯仰角度信號獲得三維中的高度信息，最后通過軟件繪制成機(jī)器能夠識別的三維模型，類似于我們的眼睛。

其實(shí)激光雷達(dá)并不是什么新奇的裝備，早在1961年，美國的休斯飛機(jī)公司就曾推出過第一個類似激光雷達(dá)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)將激光聚焦成像后與傳感器和數(shù)據(jù)采集電子設(shè)備配合，測量信號返回的時間來計(jì)算距離，并用于衛(wèi)星跟蹤。可以說激光雷達(dá)挺早就出現(xiàn)了，但是之前一直用在那些看起來“高大上”的領(lǐng)域，而直到汽車廠家大肆宣傳自動駕駛技術(shù)時，激光雷達(dá)這個詞才被引入到大眾的視野中。

厘米級的3D建模

要想實(shí)現(xiàn)車輛的輔助駕駛或更高階的自動駕駛，車輛必須要能感知自己所處的環(huán)境，這對于汽車行業(yè)是一個新的挑戰(zhàn)，也是實(shí)現(xiàn)自動駕駛最關(guān)鍵的一步。

激光雷達(dá)可以以厘米級的精度對周圍環(huán)境進(jìn)行3D建模。不同于毫米波雷達(dá)和攝像頭，激光雷達(dá)能夠準(zhǔn)確地識別出周圍障礙物的具體輪廓和距離，并且不會漏判、誤判前方出現(xiàn)的障礙物，有效探測距離也更遠(yuǎn)。

單純的攝像頭方案如果配合強(qiáng)大的算法，也是可以實(shí)現(xiàn)高階的自動駕駛的。不過實(shí)現(xiàn)是一回事，好用又是另一回事。目前除了特斯拉還在堅(jiān)持?jǐn)z像頭純視覺方案，其他各大車企都已經(jīng)開始走激光雷達(dá)和攝像頭共同配合的混合路線了。集合兩種傳感器自身的優(yōu)勢和特點(diǎn)，可以達(dá)到“1+1>2”的效果，讓車輛獲得超強(qiáng)的感知能力。

特斯拉的純視覺路線我是特別不看好，我們?nèi)搜蹞碛械某瑥?qiáng)動態(tài)調(diào)節(jié)能力和超高的分辨率比車載的攝像頭高了不知道多少倍。我們大腦的處理速度和預(yù)測能力也比特斯拉目前的算法和自動駕駛芯片高效，這都不能保證開車時不出意外，所以現(xiàn)在我們要引入比人眼感知能力更強(qiáng)的激光雷達(dá)，來實(shí)現(xiàn)車輛對外界環(huán)境的超強(qiáng)感知。用超強(qiáng)的感知彌補(bǔ)車載芯片算法的不足，以求實(shí)現(xiàn)高階的自動駕駛。激光

雷達(dá)的指標(biāo)

如何評價激光雷達(dá)的性能強(qiáng)弱呢？評判一款激光雷達(dá)的重要指標(biāo)有如下幾項(xiàng)：

測量距離：激光雷達(dá)的感知范圍，能探測多遠(yuǎn)，目前主流的是150m。

測距精度：激光雷達(dá)對探測距離的精確度，目前主流是厘米級的精度。

水平視場角：激光雷達(dá)的水平視野角度（AOB），相當(dāng)于我們?nèi)搜鄣臋M向視野，最高360度。

垂直視場角：激光雷達(dá)的垂直視野角度（BOC），相當(dāng)于我們?nèi)搜鄣呢Q向視野。越大越好，目前主流為30度/15度。垂直視場角和水平視場角合稱為視場角度，我們經(jīng)常看到的FOV，說的就是它，表示激光雷達(dá)的總視野。

測量時間和幀頻率：激光雷達(dá)的激光從發(fā)射到返回的時間，相當(dāng)于一個測量周期所花費(fèi)的時間。時間越短對運(yùn)動信息的采集就越好，高速行駛時的反應(yīng)時間就越短。

縱向和水平分辨率：也叫角分辨率，相當(dāng)于我們顯示器的分辨率，度數(shù)越小，得到的圖像就越清晰。目前主流的激光雷達(dá)一般為0.1~1度。

出點(diǎn)數(shù)：激光雷達(dá)每秒發(fā)射的激光點(diǎn)數(shù)，點(diǎn)數(shù)越多激光就可以越密集。目前主流激光雷達(dá)可以每秒發(fā)出幾萬點(diǎn)至幾十萬點(diǎn)激光。

線束：也叫等效點(diǎn)云密度，是激光雷達(dá)垂直方向上的激光的分布數(shù)量，一般為16線、32線、64線，越多越好。

激光雷達(dá)的分類

按照軟件和硬件的不同，目前激光雷達(dá)有20多種分類方法。不過目前主流的分類方法是按照的激光發(fā)射方式進(jìn)行分類，也可以叫掃描方式，大體分為機(jī)械，混合和固態(tài)三種類型。

機(jī)械激光雷達(dá)

機(jī)械激光雷達(dá)在眾多激光雷達(dá)種類中擁有最強(qiáng)的視野，也是最早出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)形式。其所采用的機(jī)械結(jié)構(gòu)，在工作時以一定的速度旋轉(zhuǎn)，使雷達(dá)獲得360°的水平全景視野，在垂直方向采用了定向分布式掃描。不過由于需要機(jī)械旋轉(zhuǎn)，有運(yùn)動部件，導(dǎo)致雷達(dá)的可靠性差，壽命短。使得這種雷達(dá)目前無法通過車規(guī)級認(rèn)證，大多用在非量產(chǎn)的高階自動駕駛驗(yàn)證車上面。

固態(tài)激光雷達(dá)

固態(tài)的意思是激光雷達(dá)是一個整體，沒有需要旋轉(zhuǎn)和可動的掃描部件的激光雷達(dá)。它是未來激光雷達(dá)的終極形態(tài)，由于沒有了旋轉(zhuǎn)部件，在可靠性和壽命上有極大的優(yōu)勢。目前有Flash面陣式激光和相控陣激光兩種方案可以實(shí)現(xiàn)不基于可動部件的激光掃描。

與其他激光雷達(dá)不同的是，F(xiàn)lash面陣式激光雷達(dá)不需要一條線一條線的進(jìn)行掃描，而是利用一次閃光，同時照亮整個場景，對場景進(jìn)行光覆蓋，可一次性實(shí)現(xiàn)全局成像。它的工作原理和我們照相機(jī)的閃光燈類似，通過記錄不同時間返回的激光，繪制出激光雷達(dá)周圍的目標(biāo)。

光學(xué)相控陣（OPA）技術(shù)的原理與相控陣?yán)走_(dá)類似。懂軍事的小伙伴應(yīng)該了解，現(xiàn)在的相控陣?yán)走_(dá)已經(jīng)不需要旋轉(zhuǎn)就可向任何方向發(fā)射無線電波。圖片上的一個小圓點(diǎn)就是一個陣列，利用獨(dú)立天線同步形成的微陣列，只需控制每個天線發(fā)送信號間的時機(jī)或陣列，不需“旋轉(zhuǎn)”，就可以向任何方向發(fā)送無線電波。類似的把無線電波替換為激光就得到了相控陣激光雷達(dá)。

Flash面陣式激光雷達(dá)和相控陣激光雷達(dá)兩種雷達(dá)都是一部到位地解決了旋轉(zhuǎn)掃描問題的純固態(tài)激光雷達(dá)，是車載激光雷達(dá)的最終方案。不過目前受限于技術(shù)和成本，這種雷達(dá)的普及還需要時間。

混合固態(tài)雷達(dá)

混合雷達(dá)是機(jī)械雷達(dá)和純固態(tài)雷達(dá)方案的妥協(xié)方案。與機(jī)械式激光雷達(dá)相比，只掃描前方一定角度內(nèi)的范圍;同純固態(tài)激光雷達(dá)相比，仍然有一些較小的活動部件。不過混合固態(tài)激光雷達(dá)在成本、體積等方面更容易得到控制，是目前階段量產(chǎn)裝車的主流產(chǎn)品。混合固態(tài)激光雷達(dá)有多種技術(shù)路線方案，主要包括MEMS振鏡、轉(zhuǎn)鏡、棱鏡等。

MEMS振鏡

MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）是利用半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)的，其結(jié)構(gòu)也很簡單：把所有的機(jī)械部件集成到單個芯片上，相當(dāng)于把外部的大鏡子縮小到芯片的級別，只有一束激光和一塊反光鏡。工作原理方面，通過電控來控制光束激光射向類似陀螺一樣旋轉(zhuǎn)的反光鏡，實(shí)現(xiàn)對激光方向的控制。這樣一來就使得MEMS擁有微鏡振動幅度小、頻率高、成本低、技術(shù)成熟、可靠性高等眾多優(yōu)勢。

轉(zhuǎn)鏡

轉(zhuǎn)鏡是指反射鏡的鏡面圍繞圓心不斷旋轉(zhuǎn)掃描激光的方法。2017年，奧迪發(fā)布的全球首款量產(chǎn)的L3級自動駕駛汽車A8上搭載的激光雷達(dá)，就是使用的轉(zhuǎn)鏡結(jié)構(gòu)。左上角激光器向右發(fā)出激光至旋轉(zhuǎn)掃描鏡，并被偏轉(zhuǎn)向前發(fā)射，然后車外物體的反射光經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)被左下方的探測器接收。這種結(jié)構(gòu)在功耗、散熱等方面有著明顯優(yōu)勢。

棱鏡

棱鏡式激光掃描是利用兩個棱鏡完成激光掃描的。楔角棱鏡是一種帶有傾角斜面的光學(xué)器件，楔角棱鏡兩面的傾角比較小，它能夠使得光路向較厚的一邊偏折，如果只使用一個楔形棱鏡可以對入射光路進(jìn)行一定角度的偏移，兩個楔形棱鏡組合使用時就可以當(dāng)做變形棱鏡使用，兩個可旋轉(zhuǎn)的棱鏡可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)整出射光束。小鵬P5的激光雷達(dá)就是這種獨(dú)特的掃描方式。

離我們最近的車型

好了說完了激光雷達(dá)，現(xiàn)在讓我給大家介紹下目前離我們最近的車型：小鵬P5、極狐阿爾法S、蔚來ET7、AION LX和FF91。

獨(dú)特的掃描方式

小鵬P5搭載的是兩顆由Livox（大疆子公司）提供的的激光雷達(dá)，放置在了前包圍兩側(cè)的三角區(qū)域。由于激光雷達(dá)使用了獨(dú)特的雙棱鏡掃描系統(tǒng)，創(chuàng)造出了非重復(fù)掃描技術(shù)。隨著雙棱鏡系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)，激光束在視場內(nèi)進(jìn)行非重復(fù)式的掃描，傳感器的掃描面積會隨著時間增大，最后傳感器會生成獨(dú)特的花朵狀掃描圖案，用以創(chuàng)建周圍環(huán)境的 3D 圖像。上圖為激光束掃描路線。換句話說就是，掃描的時間越長，對周圍環(huán)境的感知就越清晰，最終可達(dá)到接近 100％ 的視場覆蓋率，在同等價位下，同類產(chǎn)品均無法實(shí)現(xiàn)這樣的性能。

最佳性價比

預(yù)售價42.99萬元的阿爾法S華為HI高階版搭載了三顆由華為提供的固態(tài)激光雷達(dá)，分別位于于車標(biāo)和左右頭燈下方，值得注意的是極狐阿爾法S是這4輛車中唯一搭載了3顆激光雷達(dá)的車型。本雷達(dá)的性能在這幾款雷達(dá)中表現(xiàn)一般，沒有什么突出特點(diǎn)，有可能是因?yàn)樵摷す饫走_(dá)的點(diǎn)云密度不夠高，所以在數(shù)量上進(jìn)行彌補(bǔ)，不過這款雷達(dá)最大的優(yōu)勢就是價格便宜。

探測距離最遠(yuǎn)

蔚來eT7搭載了一顆來自初創(chuàng)企業(yè)innovusion的激光雷達(dá)，并將激光雷達(dá)無縫集成在了車頂前端的擋風(fēng)玻璃上方。與其他雷達(dá)不同的是，該激光雷達(dá)的激光波長為1550nm，因?yàn)檫@個波長的激光不會對人眼造成損傷，所以可以使用更大的發(fā)射功率，使得雷達(dá)達(dá)到了250米的探測距離。另外該雷達(dá)在分辨率和點(diǎn)云密度上也極有優(yōu)勢，是目前所見的線數(shù)最高的混合固態(tài)激光雷達(dá)，可以說一個就夠用了。

可變焦"凝視"

一般的混合固態(tài)雷達(dá)只有一維的掃描結(jié)構(gòu)，而AION LX即將搭載的RoboSense (速騰聚創(chuàng)) 激光雷達(dá)采用了二維的MEMS智能芯片掃描架構(gòu)。正是因?yàn)橛辛硕SMEMS結(jié)構(gòu)，AION LX可以實(shí)現(xiàn)智能“凝視”功能：當(dāng)車輛高速行駛時，動態(tài)提高激光雷達(dá)的垂直分辨率，讓系統(tǒng)更早發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)處障礙物；在城區(qū)低速行駛時，動態(tài)提高刷新幀率，幫助系統(tǒng)更快響應(yīng)周圍車輛、電動車、行人等障礙物的動態(tài)變化。這種根據(jù)駕駛場景調(diào)節(jié)掃描的方式，讓車輛的適應(yīng)性更強(qiáng)，不過目前廣汽埃安官方并未公布新車將會使用幾顆雷達(dá)。

目前最強(qiáng)純固態(tài)激光雷達(dá)

FF91將搭載由老牌激光雷達(dá)廠家Velodyne Lidar 的Velarray H800 激光雷達(dá)，是真正沒有移動機(jī)械結(jié)構(gòu)的純固態(tài)雷達(dá)。Velodyne這家公司是以前是專業(yè)做音響的，機(jī)緣巧合在2005年開始研發(fā)激光雷達(dá)，是最早涉足車用激光雷達(dá)的廠家之一，于2007就推出了64線的激光雷達(dá)，2010年時谷歌公司的早期無人駕駛汽車裝載的雷達(dá)的也是由Velodyne提供的。

這款Velarray H800 激光雷達(dá)的特點(diǎn)是使用了微激光雷達(dá)陣列架構(gòu)（MLA），就是前文提到的雷達(dá)陣列。和AION LX搭載的RoboSense 雷達(dá)類似也具備可動態(tài)調(diào)控的幀速率和分辨率的功能，適應(yīng)性更強(qiáng)。該雷達(dá)是目前車載領(lǐng)域的最強(qiáng)，當(dāng)然價格也不菲。

總結(jié)

車載激光雷達(dá)從最早的機(jī)械掃描結(jié)構(gòu)，進(jìn)化到了混合固態(tài)結(jié)構(gòu)和更加先進(jìn)的全固態(tài)結(jié)構(gòu)。目前最炙手可熱的就是混合固態(tài)結(jié)構(gòu)的激光雷達(dá)了，我們看到除了不差錢的FF91，其他車款都使用了混合固態(tài)激光雷達(dá)的方案。在自動駕駛領(lǐng)域，混合固態(tài)結(jié)構(gòu)應(yīng)該是目前集合了可靠性、性能、成本的最佳解決方案。

目前激光雷達(dá)雖然有著毫米波雷達(dá)和攝像頭不可比擬的優(yōu)勢，但現(xiàn)階段產(chǎn)品還不夠完善，成本還是過高，這也是特斯拉目前棄用激光雷達(dá)的主要原因。那么當(dāng)激光雷達(dá)被大面積普及，成本不再是困擾車企的的因素時，特斯拉是否會加入激光雷達(dá)的陣營？讓我們拭目以待。本文對您有幫助的話請持續(xù)關(guān)注我，后續(xù)會帶來更多內(nèi)容。本文首發(fā)于易車。（部分圖片來自網(wǎng)絡(luò)）

xiaoz2015

謝邀！

機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)是目前市場上比較成熟的方案。但是由于光學(xué)部分，電子部分和機(jī)械結(jié)構(gòu)都是旋轉(zhuǎn)工作的，對機(jī)械結(jié)構(gòu)件加工精度要求很高，而且，由于中心不對稱，屬于偏心轉(zhuǎn)動，長期器件磨損很嚴(yán)重，可靠性相對較低。

激光雷達(dá)細(xì)分下來，可以大體分為三類，一類是傳統(tǒng)機(jī)械旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)，一類是混合固態(tài)，也是目前比較火的一類，混合固態(tài)細(xì)分可以拆分為棱鏡方案和MEMS方案，另一類，是純固態(tài)的方案，細(xì)分可以拆分為，相控陣方案和Flash方案。

幾中主流的激光雷達(dá)優(yōu)缺點(diǎn)，

總結(jié)一下，目前主流的ADAS領(lǐng)域用于研究的大多是機(jī)械旋轉(zhuǎn)式雷達(dá)，近期華為大疆等在做的和發(fā)布的大多是混合固態(tài)雷達(dá)，大家未來想要突破的是純固態(tài)激光雷達(dá)！

個人見解，歡迎拍磚，多多交流！

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我先羅列一下我自己知道的：

和機(jī)械式旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)相比，MEMS固態(tài)激光雷達(dá)

優(yōu)勢：

1、機(jī)械式旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)又大又重，生產(chǎn)效率低且成本高昂。機(jī)械式激光雷達(dá)的復(fù)雜性主要源于光束操縱單元，光束操縱單元的作用是使光束（激光和反射光）發(fā)生偏轉(zhuǎn)。激光雷達(dá)對精度要求非常高（典型的激光雷達(dá)應(yīng)用要求角度精度小于0.5度），這樣的旋轉(zhuǎn)部件對精度影響非常大。

而硅基MEMS微鏡通過光刻、刻蝕等工藝完成。MEMS技術(shù)的優(yōu)勢在于其精度高達(dá)納米級，且可擴(kuò)展性非常優(yōu)秀。一般來講，從一片標(biāo)準(zhǔn)尺寸的晶圓（例如直徑為200毫米）上可以生產(chǎn)出數(shù)百顆MEMS微鏡，所有晶圓都是在高度精確的管控下進(jìn)行批量生產(chǎn)。

2、機(jī)械式激光雷達(dá)旋轉(zhuǎn)部件容易磨損甚至失效，需要定期維護(hù)，周期通常在2-3個月。而MEMS激光雷達(dá)在設(shè)備的壽命和維護(hù)上都比機(jī)械式雷達(dá)更具優(yōu)勢。

3、用于機(jī)械式旋轉(zhuǎn)雷達(dá)的工作原理是收發(fā)元件一一對應(yīng)的方式，所以在縱向上沒辦法做到很高的線數(shù)，成本、體積、旋轉(zhuǎn)部件的限制是它的主要原因，目前機(jī)械式旋轉(zhuǎn)雷達(dá)最高做到了128線，而MEMS激光雷達(dá)已經(jīng)可以達(dá)到480線、甚至是700線

劣勢：

1、機(jī)械式旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)的水平視場角可以做到360°、而MEMS激光雷達(dá)水平視場角通常只有45°左右，如果需要更大的視場角，只能通過拼接的方法實(shí)現(xiàn)歡迎大家繼續(xù)補(bǔ)充。。。。

Steven.Zhang

除了常說的使用壽命和角度差異，對于數(shù)據(jù)精度來說：旋轉(zhuǎn)雷達(dá)會造成同一幀數(shù)據(jù)有時間差，如果在車上，運(yùn)動速度很快，這個時間差會造成雷達(dá)掃描圖像的畸變。這個畸變需要通過運(yùn)動速度去校準(zhǔn)。

MEMS不會有這個問題，但應(yīng)該也有光學(xué)系統(tǒng)引起的畸變，校準(zhǔn)方式不一樣。