普及自動(dòng)駕駛的福音 解析固態(tài)激光雷達(dá)的利與弊

　　作為自動(dòng)駕駛的核心裝備之一的激光雷達(dá)，為何在汽車上沒有大規(guī)模應(yīng)用?原因就是其幾萬美元的價(jià)格實(shí)在太高，甚至比測(cè)試車還要貴。目前，很多激光雷達(dá)供應(yīng)商的產(chǎn)品十分昂貴，量產(chǎn)汽車根本搭載不起，為了自動(dòng)駕駛技術(shù)的普及與發(fā)展，固態(tài)激光雷達(dá)也就成為了市場(chǎng)的新寵兒。今天遠(yuǎn)光君就和大家聊聊固態(tài)激光雷達(dá)，看看它有比傳統(tǒng)激光雷達(dá)到底強(qiáng)在哪兒。

　　目前我們常見的車載激光雷達(dá)，基本都是機(jī)械式，其明顯特征就是擁有機(jī)械部件可以旋轉(zhuǎn)，比如百度自動(dòng)駕駛汽車上的Velodyne 64線激光雷達(dá)。它的優(yōu)勢(shì)以前的文章已經(jīng)介紹過，我們就不在多說了，但由于機(jī)械式的設(shè)計(jì)也直接構(gòu)成了當(dāng)下激光雷達(dá)的幾項(xiàng)不足。首先，光路調(diào)試、裝配復(fù)雜，生產(chǎn)周期漫長(zhǎng)，導(dǎo)致成本居高不下。其次，機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件在行車環(huán)境下的可靠性不高，難以符合車規(guī)的嚴(yán)苛要求。

　　因此，為了降低激光雷達(dá)的成本，也為了提高可靠性，滿足車規(guī)的要求，激光雷達(dá)的發(fā)展方向自然從機(jī)械式激光雷達(dá)轉(zhuǎn)向了固態(tài)激光雷達(dá)。

　　所謂的固態(tài)激光雷達(dá)，大家普遍的認(rèn)識(shí)是不旋轉(zhuǎn)的就是固態(tài)激光雷達(dá)。通常分為三種，基于相控陣、Flash、MEMS三種方式實(shí)現(xiàn)的。

　　采用相控陣原理實(shí)現(xiàn)固態(tài)激光雷達(dá)，完全取消了機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)發(fā)射陣列中每個(gè)發(fā)射單元的相位差來改變激光的出射角度。光學(xué)相控陣一般都是通過電信號(hào)對(duì)其相位進(jìn)行嚴(yán)格的控制實(shí)現(xiàn)光束指向掃描，因此也可以稱為電子掃描技術(shù)。但也易形成旁瓣，影響光束作用距離和角分辨率，同時(shí)生產(chǎn)難度高。

　　采用3D Flash技術(shù)的固態(tài)激光雷達(dá)屬于非掃描式雷達(dá)，發(fā)射面陣光，是以2維或3維圖像為重點(diǎn)輸出內(nèi)容的激光雷達(dá)。雖然穩(wěn)定性和成本不錯(cuò)，但主要問題在于探測(cè)距離較近，在技術(shù)的可靠性方面還存在問題。

　　而基于MEMS的固態(tài)激光雷達(dá)，是通過微振鏡的方式改變單個(gè)發(fā)射器的發(fā)射角度進(jìn)行掃描，由此形成一種面陣的掃描視野。目前基于MEMS方式的激光雷達(dá)，有很多的廠家在研發(fā)。MEMS相對(duì)于前兩者，技術(shù)上更容易實(shí)現(xiàn)，且價(jià)格也比較低廉。因此被主機(jī)廠商也一致看好。

　　固態(tài)激光雷達(dá)有很多優(yōu)勢(shì)，首先其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸小，由于不需要旋轉(zhuǎn)部件，可以大大壓縮雷達(dá)的結(jié)構(gòu)和尺寸，提高使用壽命，并降低成本。其次，機(jī)械式激光雷達(dá)由于光學(xué)結(jié)構(gòu)固定，適配不同車輛往往需要精密調(diào)節(jié)其位置和角度，固態(tài)激光雷達(dá)可以通過軟件進(jìn)行調(diào)節(jié)，大大降低了標(biāo)定的難度，加快掃描速度快與精度。

　　不過固態(tài)激光雷達(dá)也有它相應(yīng)的缺點(diǎn)，固態(tài)意味著激光雷達(dá)不能進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，只能探測(cè)前方。因此要實(shí)現(xiàn)全方位掃描，需在不同方向布置多個(gè)固態(tài)激光雷達(dá)。另外，固態(tài)激光雷達(dá)依然無法解決極端氣候下，無法施展性能的弊端。如果與全天候工作的毫米波雷達(dá)相結(jié)合的話，必然可以大大提升自動(dòng)駕駛汽車的探測(cè)性能。

　　Quanergy是一家專注于研發(fā)激光雷達(dá)的初創(chuàng)公司，在2016年發(fā)布了號(hào)稱全球首款的固態(tài)激光雷達(dá)傳S3，其成本在200美元。官方透露，如果量產(chǎn)每臺(tái)成本有望控制在100美元。S3采用了相控陣技術(shù)，不含任何旋轉(zhuǎn)活動(dòng)部件，實(shí)現(xiàn)了小型化，并提高了可靠性。

　　在效果上，S3可以達(dá)到厘米級(jí)精度，30赫茲掃描頻率，0.1 °的角分辨率以及不同天氣條件下的高穩(wěn)定性。這些特性比起一般的激光雷達(dá)，更具競(jìng)爭(zhēng)力。雖然只有八線，但是每秒鐘掃描接近0.5個(gè)百萬點(diǎn)，產(chǎn)生五十萬點(diǎn)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量，就是橫向掃描的時(shí)候，橫向的角度分辨率非常高。

　　速騰聚創(chuàng)是一家研發(fā)機(jī)器人感知產(chǎn)品的激光雷達(dá)公司，其固態(tài)激光雷達(dá)RS-LiDAR-M1 Pre曾在今年的CES展上正式對(duì)外公布，M1 Pre的探測(cè)距離超過 200米，水平測(cè)角與垂直測(cè)角為63 °*20°，刷新幀率為20fps，角分辨率為0.09 °*0.2 °。

　　據(jù)了解，這是目前全球范圍內(nèi)已發(fā)布MEMS激光雷達(dá)中最小角分辨率的一款產(chǎn)品。最小角分辨率意味著激光雷達(dá)擁有洞察分毫的探測(cè)能力。

　　盡管目前車載激光雷達(dá)的主流仍然是機(jī)械式激光雷達(dá)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)而言，它終究難以滿足自動(dòng)駕駛普及提出的大規(guī)模、低成本、車規(guī)級(jí)需求。因此，固態(tài)激光雷達(dá)順理成章地接過了這一棒，成為了車載激光雷達(dá)的下一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)?？梢灶A(yù)見的是，激光雷達(dá)固態(tài)化、小型化、低成本化是大勢(shì)所趨。

　　總結(jié)：傳統(tǒng)激光雷達(dá)產(chǎn)品短期內(nèi)還難以擺脫高成本的制約，這樣一來價(jià)格優(yōu)勢(shì)更加明顯的固態(tài)激光雷達(dá)，無疑是各大廠商更好的選擇。未來激光雷達(dá)將朝著固態(tài)化、小型化、低成本化的趨勢(shì)發(fā)展，只有這樣低成本高精度的激光雷達(dá)，我們才能更早的普及自動(dòng)駕駛汽車。