汽车车载激光雷达技术研究综述

禾赛研报

激光雷达基础概念

激光雷达的本质是一种以激光为辐射源的主动探测器，通过测距和测角来实现探测目的。激光雷达LiDAR（Light Detection and Ranging）是激 光探测及测距系统的简称，另外也称LADAR（LaserDetectionandRanging）。

原理

激光雷达的工作原理，主要是由激光发射器、光学接收器以及信息处理三部分组成，它会不断向外发射激光束，光束在遇到障碍物后会反射，再通 过接收传感器，接收物体反射回的光脉冲。

优点

激光雷达的优点包括解析度高，测距精度高；抗有源干扰能力强；探测性能好；不受光线影响；测速范围大。

指标

激光雷达主要性能指标包括视场角、线数、角分辨率、波长、激光安全等级、测距能力和盲区、精度、帧率

• 视场角：即有效扫描角度，在该 角度范围内目标物体可被检测到，它分为水平视场角和垂直视场角；
• 线数：对于激光雷达来说，线数越多、越密意味着可以更清晰、更完善的收 集各类物体3D轮廓越高；
• 角分辨率：表示两个相邻测距点的角度，分为水平角分辨率和垂直角分辨率；
• 波长：目前市场上三维成像激光雷达 最常用波长分两种，即905nm和1550nm；
• 激光安全等级：车载激光雷达一般要求人眼安全级别为Class1；
• 测距能力和盲区：测距能力（量 程），即能有效检测到最近和最远距离，另外目标的反射率越高则测量距离越远，目标的反射率越低则测量距离越近。盲区是指激光雷达无法接收 到激光回波信号的距离，也会因为距离过近而产生；
• 精度：雷达可以感知的距离最小变化值。通常来说目标距离激光雷达越远测距准确度越低；
• 帧率：扫描频率表示一秒内雷达进行多少次扫描，其计量单位是HZ，扫描频率越大，设备对外界环境的感知速度越快，系统实时性更高。

激光雷达四大系统

激光雷达硬件可分为扫描模块、发射模块、接收模块及控制模块 - 扫描模块主要作用为通过扫描器的机械运动控制光的传播方向，实现对特定区域的扫描，扫描形式的选择主要影响探测范围广度及激光雷达整体的 耐用及稳定性； - 发射模块负责激光源的发射，不同光源及发射形式的选择影响射出光的能量大小，继而影响光源可达到的探测范围深度； - 接收模块则负责接收返回光，不同探测器的选择影响对返回光子的探测灵敏度，继而影响激光雷达整体可探测的距离及范围； - 控制模块主要通过算法处理生成最终的点云模型，以供后续自动驾驶决策算法参考生成后续行进策略

## 扫描方式技术趋势 根据扫描方式的不同，激光雷达可分为机械式、半固态（又叫混合固态）和固态三种 - 半固态激光雷达又可分为MEMS、一维扫描和二维扫描三方案。固态激光雷达主要分为 OPA（相控阵）和 Flash（泛光面阵式）两种主流技 术路线； - 现阶段，固态激光雷达的不足在于功率密度低、探测距离短，还不能作为主激光雷达大规模量产使用。但固态激光雷达的近距补盲能与半固态 激光雷达的远距感知相组合，打造出完整的车规级激光雷达解决方案 **混合固态式激光雷达是目前主流的车规级激光雷达技术方案**

测距方式

测距方式技术趋势 o ToF使用时间来测量距离，而FMCW使用频率来测量距离 o 随着FMCW激光雷达厂商们开始定制符合自己需求的器件，如果量做起来，成本是会线性下降的；如果再能将芯片化做彻底，成本便会指数 级下降，一旦芯片化做成熟了，FMCW激光雷达的成本可以比TOF低很多 o 从长期看，FMCW将跟TOF并存。FMCW激光雷达因为探测距离比较远，会被用作车辆的前向主激光雷达，而TOF由于探测距离较近，可能 被安装在车辆的某个角落，用于补盲

算法

车载激光雷达算法众多，针对同一功能类别存在多种算法。应用算法按不同功能类别可分为点云分割算法、目标跟踪与识别算法和即时定位与地图构建算法三类，见表2。点云分割算法依据数据点间距