固态LiDAR与机械LiDAR该如何选择.doc

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1、固态LiDAR与机械LiDAR该如何选择　　Velodyne在2000年代中期发明了现代3D（三维）LiDAR（激光雷达）扫描仪。但近年来，传统观念认为，Velodyne的设计（将64个激光器安装于一个旋转平台）很快将被新一代固态LiDAR传感器淘汰，这类固态传感器仅使用单个固定激光器进行场景扫描。但是一家名为Ouster的创业公司正试图挑战这一观点，正以极具竞争力的价格销售类似Velodyne的旋转式机械LiDAR。　　近期，我们有幸与Ouster首席执行官AngusPacala进行了对话，他对旋转式和固态LiDAR之间的优劣权衡有着独到的专业见解，因为Pacala之前曾是固态LiDAR最

2、著名的创业公司——Quanergy的联合创始人。在我们的谈话中，Pacala拒绝了评价其前任公司。但行动胜于雄辩。我们可以认为，作为Quanergy的联合创始人，Pacala肯定非常了解固态LiDAR技术的优缺点。而当他决定创建另一家LiDAR公司时，他决定不再做固态LiDAR，这或许能说明一些问题。“固态LiDAR”实际上是一类涵盖几种非旋转式机械LiDAR设计的总称。　　主要可分为三种技术方案：一种为MEMS（微机电系统）方案，采用微型MEMS扫描镜来控制激光束；另一种，采用称为光学相控阵的技术来控制激光束，而无需任何运动部件；第三种，则被称为泛光（Flash）成像LiDAR，无需光束转

3、向，只需一次闪光即可照明整个场景，再通过类似于数码相机的二维阵列图像传感器探测返射回来的光线。Pacala此前创办的Quanergy虽然没有详细公开解释其技术细节，但是根据报道判断，该公司主要采用的是光学相控阵方案。由于很微小或没有移动部件，所有这三种设计方案都可能带来更坚固、更经济的LiDAR传感器。　　从长远来看，业内倡导将几乎所有的电子器件（包括激光器本身、光束控制电路、检测器和运算支持）都集成封装在一起。因而，未来消费类产品中的固态LiDAR很可能将不像旋转式机械LiDAR那样，必须突兀地安装在汽车顶部才能正常工作。这在理论上听起来不错，Pacala在2012年联合创立Quanerg

4、y公司时大概也是这么认为的。但是，后来他显然改变了想法，因为他的第二次LiDAR创业，采用了更传统的旋转式机械LiDAR方案。　　旋转式机械LiDAR有其独特优势Pacala指出了传统旋转式机械LiDAR设计的几大优势。其中，最明显的优势是其360°视场。我们可以在汽车顶部固定安装一个激光雷达，从而360°地感知汽车周围的情况。相比之下，固态LiDAR需要固定在某些适当的位置（例如车身前后方或四角），视场角一般在120°或以内。因此，自动驾驶汽车采用固态LiDAR传感器，至少需要4台才能达到跟旋转式机械LiDAR一样的覆盖范围。另一个不太明显的优势是，人眼安全法规允许运动的激光源发射比固定激

5、光源更高的功率。　　据Pacala介绍，所有1级安全系统的设计必须确保人员不眨眼直视激光设备数秒钟，仍然不会受到伤害。当采用固态扫描单元时，如果人眼处于激光扫描器几英寸的地方，可能会导致100%的激光射入眼内。但是如果采用旋转式LiDAR传感器时，激光只集中于某个特定的方向，只有360°旋转的一小部分。因此，旋转式LiDAR可以为每个激光脉冲提供更高的功率，而不会造成眼睛损伤。这样可以更容易地检测到返射光，因此在可预见的未来，旋转式LiDAR单元可能要比固态LiDAR单元具有更大的探测范围优势。　　　　上图为谷歌早期的自动驾驶原型车。车顶有一个巨大的旋转式LiDAR传感器，前翼子板上有个黑色

6、的雷达（共4个），后轮上安装有“车轮编码器”，车内还有视频摄像头。这款原型车装配的各类传感器总价高达15万美元同时，大部分领先的固态LiDAR设计，都面临着“远距离探测”这个显著的挑战。MEMS系统中的微型扫描镜能投射的激光量有限。这使得远处物体反射激光束并被探测的难度很大。光学相控阵方案相对于其它技术，产生的光束发散性更大，因此很难兼顾长距离、高分辨率和宽视场。　　而对于泛光成像LiDAR，每次发射的光线会散布在整个视场内，这意味着只有一小部分激光会投射到某些特定点。此外，光电探测器阵列中的每个像素都必须非常小，限制了它可以捕捉的反射光量。“固态LiDAR方案挑战很大，”Pacala表示。

7、他提出，传统旋转式LiDAR技术拥有独特的优势，在接下来的十年将继续保持一定的市场地位，尤其是在高端市场。据Pacala预测，绝大部分LiDAR系统将在未来十年逐步转为固态方案，但是，仍将会有一些具有真正高性能和高价值的旋转式机械LiDAR传感器。Pacala用硬盘市场做了一个有趣的比喻。　　15年前左右，固态存储设备越来越受欢迎，特别是在移动设备中。然而，时至今日仍然有大量具有旋转磁盘的传统硬盘驱动器正在销