激光雷达有多少种类？激光雷达分类一览

2022-01-05 13:11:53 作者：C-C 4556

激光雷达分类维度多种多样，根据不同的测距方法和技术各环节解决方案，可以进行多种方式的分类。激光雷达根据核心技术架构，可从测距原理、发射结构、光束操纵、接收结构、信息处理结构五大维度分类，行业厂商可根据不同的维度进行方案组合设计

一、测距原理

1. 飞行时间法(ToF)：通过记录发射一束激光脉冲与探测器接收到回波信号的时间差，直接计算目标物与传感器之间距离的探测方法

2. 三角测距法：系统以一定角度发射的激光照射在目标物后，在另一角度对反射光进行成像，根据物体在摄像头感光面上的位置通过三角几何原理推导出目标物距离的探测方法。

3. 调频连续波(FMCW)：指发射调频连续激光，通过回波信号与参考光进行相干拍频得到频率差，从而间接获得飞行时间反推目标物距离，同时也能够根据多普勒频移信息直接测量目标物的速度

二、激光发射

1. 激光器：①边发射激光器(EEL)：一种激光发射方向平行于晶圆表面的半导体激光器；②垂直腔面发射激光器(VCSEL)：一种激光发射方向垂直于晶圆表面的半导体激光器；③光纤激光器：用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器

2. 光源：①905nm：最常用的激光光源波长，但处于人眼可吸收光谱中，需要控制功率；②1550nm：新型激光光源波长，不处于人眼可吸收光谱中，可以加大功率

3. 发射光学系统：①准直镜：使得激光准直地击中目标，从而获得高分辨率数据，可靠地识别小目标；②扩散片：将高斯光束整形成为能量均匀分布的平顶光束，以消除能量不均引起的不良效果；③分束镜：将一束光进行分束

三、光束操纵(扫描系统)

1. 机械式旋转式：通过电机带动收发阵列进行整体旋转，实现对空间水平 360°视场范围的扫描，测距能力在水平 360°视场范围内保持一致

2. 混合固态式

①转镜式：反射镜面围绕圆心不断旋转。具体也可以分为一面扫描镜(一维转镜)、一纵一横两面扫描镜(二维转镜)两种技术路线。一维转镜线束与激光发射器数量一致，而二维转镜可以实现等效更多的线束，在集成难度和成本控制上存在优势

②微机电系统(MEMS)：通过控制微小的镜面平动和扭转往复运动，将激光反射到不同的角度完成扫描，激光发生器本身固定不动。对于反射的微振镜也有静电驱动、电磁驱动、电热驱动、压电驱动等多种不同的控制方案

③棱镜式：内部包括两个楔形棱镜，激光发生两次偏转，控制两面棱镜的相对转速可以控制激光束的扫描形态

3. 纯固态式

①OPA光学相控阵：通过对阵列移相器中每个移相器相位的调节，利用干涉原理实现激光按照特定方向发射

②Flash闪光：在短时间内直接向前方发射出一大片覆盖探测区域的激光，通过高度灵敏的接收器实现对环境周围图像的绘制。类似于拍照，但最终生成的数据包含了深度等 3D 数据

四、激光接收

1. 光电探测器：①PD/雪崩式光电二极管 APD;②单光子雪崩二极管 SPAD 工作在盖革模式、具有单光子探测能力的光电二极管;③硅光电倍增管 SiPM 集成了成百上千个单光子雪崩二极管的光电探测器件

2. 接收光学系统：①准直镜：使得激光准直地击中目标，从而获得高分辨率数据，可靠地识别小目标②扩散片：扩散片利用光的衍射原理，将点光源转换为能量分布高度均匀的光斑，消除了激光对器件和物体的损害③分束镜：分束镜利用光的衍射原理，实现光波能量的分路与合路，可以在同样的功率下提高激光雷达的工作效率。它将一根光纤中传输的光能量按照既定的比例分配给两根或者是多根光纤，或者将多根光纤中传输的光能量合成到一根光纤中

五、信息处理

1. 放大器：实现模拟信号的放大

2. 模数转换器(ADC)：将模拟信号转换成数字信号的电路，根据主控芯片可分为以下类型

①高性能单片机(MCU) 把 CPU 的频率与规格适当缩减，形成芯片级的计算机，为不同应用场合做不同组合控制

②现场可编程门阵列(FPGA)：作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点

③数字信号处理单元(DSP)：内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，提供特殊的 DSP 指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法。

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