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你有没有思考过无人驾驶的车辆遇到障碍物能自动停下是什么原因吗？这就是今天国恒君想和大家分享的固态激光雷达技术，一项无人驾驶中的关键技术之一。

固态激光雷达的概念：

固态激光雷达，是一种采用非接触激光测距技术的扫描式传感器，其工作原理与一般的雷达系统类似，通过发射激光光束来探测目标，并通过搜集反射回来的光束来形成点云和获取数据，这些数据经光电处理后可生成为精确的三维立体图像。采用这项技术，可以准确的获取高精度的物理空间环境信息，测距精度可达厘米级。

发展至今，该项技术已被应用于汽车自动驾驶、无人驾驶、定位导航、空间测绘、安保安防等领域最为核心的传感器设备。

固态激光雷达优缺点

摒弃了原有的机械扫描方式，采用相控阵原理，有许多个固定的细小光束组层，通过每个阵元点产生光束的相位与幅度，以此强化光束在指定方向上的强度，并压抑其他方向的强度，从而实现让光束的方向发生改变。

相控阵雷达运行原理图

由于固态式激光雷达，不具备旋转组件，这在一定程度降低了硬件成本和磨损消耗，且在个别光束阵元损坏的前提下，固态式激光雷达整体仍可持续工作，在可靠性上实现了大大提升。

固态激光雷达形成的三种技术路线

经过多年的发展，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 指代的是将机械机构进行微型化、电子化的设计，将原本体积较大的机械结构通过微电子工艺集成在硅基芯片上，进行大规模生产。技术成熟，完全可以量产。主要是通过 MEMS 微镜来实现垂直方面的一维扫描，整机 360 度水平旋转来完成水平扫描，而其光源是采用光纤激光器，这主要是由于 905 纳米的管子重频做不高，重频一高平均功率就会太大，会影响激光管的寿命。

从严格意义上来说，MEMS 并不算是纯固态激光雷达，这是因为在 MEMS 方案中并没有完全消除机械，而是将机械微型化了，扫描单元变成了 MEMS 微镜。

2．OPA（optical phased array）光学相控阵技术

相比其他技术方案，OPA 方案给大家描述了一个激光雷达芯片级解决方案的美好前景，它主要是采用多个光源组成阵列，通过控制各光源发光时间差，合成具有特定方向的主光束。然后再加以控制，主光束便可以实现对不同方向的扫描。雷达精度可以做到毫米级，且顺应了未来激光雷达固态化、小型化以及低成本化的趋势，但难点在于如何把单位时间内测量的点云数据提高以及投入成本巨大等问题。

3．Flash

Flash 激光雷达的原理也是快闪，它不像 MEMS 或 OPA 的方案会去进行扫描，而是短时间直接发射出一大片覆盖探测区域的激光，再以高度灵敏的接收器，来完成对环境周围图像的绘制。

固态激光雷达的优劣

利用光学相控阵扫描技术的固态激光雷达的确有很多优势，例如：

①其结构简单，尺寸小，无需旋转部件，在结构和尺寸上可以大大压缩，提高使用寿命并使其成本降低。

②扫描精度高，光学相控阵的扫描精度取决于控制电信号的精度，可以达到千分之一度量级以上。

③可控性好，在允许的角度范围内可以做到任意指向，可以在重点区域进行高密度的扫描。

④扫描速度快，光学相控阵的扫描速度取决于所用材料的电子学特性，一般都可以达到 MHz 量级。

当然固态激光雷达也同样存在一些劣势，如：

①扫描角有限，固态意味着激光雷达不能进行 360 度旋转，只能探测前方。因此要实现全方位扫描，需在不同方向布置多个（至少前后两个）固态激光雷达

②旁瓣问题，光栅衍射除了中央明纹外还会形成其他明纹，这一问题会让激光在最大功率方向以外形成旁瓣，分散激光的能量。

③加工难度高，光学相控阵要求阵列单元尺寸必须不大于半个波长，一般目前激光雷达的工作波长均在 1 微米左右，故阵列单元的尺寸必须不大于 500nm。而且阵列密度越高，能量也越集中，这都提高了对加工精度的要求，需要一定的技术突破。

④接收面大、信噪比差：传统机械雷达只需要很小的接收窗口，但固态激光雷达却需要一整个接收面，因此会引入较多的环境光噪声，增加了扫描解析的难度。

总的来说，目前，固态激光雷达在其本该有的特性上（可靠性强、成本低及测距远），市面上现有的雷达产品很难同时满足，这也决定了固态激光雷达在短时间内是很难被产品化。同时也导致了目前所有固态雷达公司的交货日期都在不断延长。

虽然很多业内人士预测，未来固态化、小型化、低成本化将是未来激光雷达的发展趋势，但目前，机械式激光雷达仍是主流。

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