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一文了解固态激光雷达三种技术路线

发布时间:2022-08-06
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现如今,信息技术发展推动激光雷达技术的发展与升级,人工智能时代的到来,激光雷达也被广泛应用于自动驾驶,机器人等高新科技领域,充当着重要的感知转化工具,其中固态激光雷达成为了业内的关注热点。


什么是固态激光雷达

理论上来讲,固态激光雷达是完全没有移动部件的雷达,光相控阵(Optical Phased Array)和 Flash 是它典型技术路线,也被认为是纯固态激光雷达方案。



固态激光雷达工作原理

固态激光雷达主要是依靠波的反射和接收来探测目标的特性,大多源自三维图像传感器的研究,实际上源自红外焦平面成像仪,焦平面探测器的焦平面上排列着感光元件阵列,从无限远处发射的红外线经过光学系统成像在系统焦平面的这些感光元件上,探测器将接受到光的信号转换为电信号并进行积分放大、采样保持,通过输出缓冲和多路传输系统,最终送达监视系统形成图像。


固态激光雷达形成的三种技术路线

经过这么多年的发展,固态激光雷达的基本框架已经比较清晰了。以下是目前主流的三种方案:

1.MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)微机电系统

 MEMS是微机系统(Micro-Electro-Mechanical System)的英文缩写,MEMS是美国的叫法,它是指将机械机构进行微型化,电子化的设计,把原本体积大的机械结构用过微电子工艺集成在硅基芯片上,能进行大规模的生产,通过MEMS 微镜来实现垂直方面的一维扫描,其他的光源是采用光纤激光器,这么做主要是由于905纳米管子重频做不高,重频高的话平均功率就会过大,从而影响到激光管的寿命。

从严格意义上来讲,MEMS 并不能算是纯固态激光雷达,因为在 MEMS 方案中没有完全消除机械,只是将机械微型化了。


2.OPA(optical phased array)光学相控阵技术

光学相控阵技术通过对光束阵列中单元光束相位的控制,从而实现阵列光束等相面的重构或精密调控,加以控制后主光束就可以实现对不同的方向进行扫描。雷达的精度可以做到毫米级,唯一的难点是在于怎样把单位时间内测量的点云数据提高和投入成本巨大等问题。


3.Flash

Flash激光雷达的成像原理是发射大面积激光一次照亮整个场景,然后使用多个传感器接收检测和反射光。但最大的问题是,这种工作模式需要非常高的激光功率。在体积限制下,Flash激光雷达的功率密度不能很高。因此,Flash激光雷达目前的问题是,由于功率密度的限制,无法考虑三个参数:视场角、检测距离和分辨率,即如果检测距离较远,则需要牺牲视场角或分辨率;如果需要高分辨率,则需要牺牲视场角或检测距离。


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