余瑩潔

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利局

1 車載激光雷達(dá)概述

激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)(Light Detection And Ranging,LiDAR)由微波雷達(dá)發(fā)展而來(lái)，最初源自于1970年美國(guó)航天局(NASA)的研發(fā)[1]。傳統(tǒng)的雷達(dá)以微波和毫米波段的電磁波作為載波，而激光雷達(dá)以激光作為載波，他們的工作原理基本類似(圖1)，都是先向被測(cè)目標(biāo)發(fā)射搭載有信息的載波探測(cè)信號(hào)，然后測(cè)量反射信號(hào)的到達(dá)時(shí)間、波束所指方向、頻率變化等參數(shù)來(lái)確定目標(biāo)的距離方向和速度[2]。相較于微波，激光的波長(zhǎng)要短幾個(gè)數(shù)量級(jí)，波束更窄，因此與微波雷達(dá)相比，激光雷達(dá)的體積更小、重量更輕，具有更高的角分辨率和更好的抗干擾性。

伴隨著 GPS 定位技術(shù)發(fā)展至厘米級(jí)的定位精度以及慣性測(cè)量單元(IMU)精度的顯著提高，激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)開(kāi)始走向商業(yè)化的發(fā)展道路，最早應(yīng)用于空(機(jī))載激光雷達(dá)系統(tǒng)，在測(cè)繪、國(guó)防等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[1]。

近年來(lái)，從最初為滿足軍事應(yīng)用需求而推動(dòng)的地面無(wú)人駕駛車輛，到世界幾大主要車企先后投入民用自動(dòng)駕駛汽車的研發(fā)，自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展趨勢(shì)正在不斷被印證。從需求角度來(lái)看，研發(fā)自動(dòng)駕駛汽車是為了滿足人們對(duì)駕駛技術(shù)的更高要求和對(duì)智能交通的迫切需求，從技術(shù)角度來(lái)看，研發(fā)自動(dòng)駕駛汽車是相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域取得突破后的順勢(shì)，環(huán)境感知技術(shù)、新能源技術(shù)、人工智能等領(lǐng)域的發(fā)展為傳統(tǒng)汽車行業(yè)帶來(lái)了新的發(fā)展方向。自動(dòng)駕駛汽車的環(huán)境感知就像是汽車的視聽(tīng)覺(jué)，能夠幫助汽車快速、精確地獲取行駛環(huán)境信息，是車輛實(shí)現(xiàn)避障、定位、路徑規(guī)劃等高級(jí)智能行為的前提條件和基礎(chǔ)[3]。根據(jù)國(guó)際汽車工程師學(xué)會(huì)(SAE， Society of American Engineers)制定的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)駕駛分為L(zhǎng)evel 0到Level 5 共六個(gè)級(jí)別，分別對(duì)應(yīng)全手動(dòng)駕駛(Level 0)、輔助駕駛(Level 1)、部分自動(dòng)駕駛(Level 2)、特定條件下自動(dòng)駕駛(Level 3)、高度自動(dòng)駕駛(Level 4)和完全自動(dòng)駕駛(Level 5)[4]。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車的環(huán)境感知離不開(kāi)三種類型的傳感器：攝像機(jī)、雷達(dá)和激光雷達(dá)，其中攝像機(jī)和雷達(dá)傳感器在Level 1和Level 2級(jí)別的自動(dòng)駕駛車輛上已實(shí)現(xiàn)配備，目前行業(yè)內(nèi)的普遍觀點(diǎn)認(rèn)可，要實(shí)現(xiàn)Level 3級(jí)別的無(wú)人駕駛，必須配備有更高精度的激光雷達(dá)傳感器。本文對(duì)近年來(lái)車載激光雷達(dá)的主要技術(shù)分支進(jìn)行了梳理，并對(duì)各技術(shù)分支近年來(lái)主要的專利申請(qǐng)進(jìn)行了介紹，希望從中總結(jié)出車載激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 主要技術(shù)分支

2.1 機(jī)械式旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)

機(jī)械式旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)是在自動(dòng)駕駛汽車上最先應(yīng)用的激光雷達(dá)產(chǎn)品，顧名思義，其是通過(guò)部件的機(jī)械旋轉(zhuǎn)來(lái)完成激光掃描的，通過(guò)持續(xù)旋轉(zhuǎn)發(fā)射部件，原本呈線狀掃描的激光束實(shí)現(xiàn)了面狀掃描，進(jìn)而達(dá)到了全方位的3D掃描。機(jī)械式激光雷達(dá)具有掃描速度快、接收視場(chǎng)小、可承受激光功率高的優(yōu)勢(shì)。

機(jī)械式多線雷達(dá)產(chǎn)生多線的方式是多個(gè)激光源復(fù)用同一個(gè)或一組透鏡，排布在透鏡的焦平面上的不同高度，由此產(chǎn)生垂直方向不同的指向性，構(gòu)成多線。

激光雷達(dá)的老牌廠商——美國(guó) Velodyne公司在機(jī)械旋轉(zhuǎn)式產(chǎn)品中處于領(lǐng)先地位，其于2007年申請(qǐng)的專利(WO2008008970 A2)公開(kāi)了一種安裝于車頂中央的機(jī)械激光雷達(dá)，該激光雷達(dá)系統(tǒng)包括8個(gè)激光器，每個(gè)形成 64個(gè)元件激光雷達(dá)系統(tǒng)，即實(shí)現(xiàn) 64 線Lidar，具有360° 水平視場(chǎng)和26.8° 垂直視場(chǎng)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)達(dá)到20Hz的旋轉(zhuǎn)速率，從而提供較高的點(diǎn)云更新速率，TOF 測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差 ≤5cm(圖2)[5]。

德國(guó)的Quanergy公司于2014年提出的一件專利申請(qǐng)(US2014211194 A1)涉及機(jī)械式激光雷達(dá) 10，其中靜態(tài)基座50包括馬達(dá)和分布式電子元件，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪60 包括光電元件 70(包括光學(xué)發(fā)射器和光學(xué)接收器)、準(zhǔn)直和聚焦透鏡 80以及分布式電子元件。該申請(qǐng)通過(guò)設(shè)置最后低的最低電壓閾值以避免丟失低強(qiáng)度脈沖，從而消除模糊性以提高該雷達(dá)在惡劣天氣的表現(xiàn)(圖3)[6]。

圖1 激光雷達(dá)探測(cè)原理Fig.1 Mechanism of LiDAR detection

圖2 LiDAR 示意圖（引自專利 WO2008008970 A2）：152-殼體，154-第一激光雷達(dá)系統(tǒng)，156-第二激光雷達(dá)系統(tǒng)，158-旋轉(zhuǎn)部）Fig.2 Schematic illustration of LiDAR(cited from patent WO2008008970 A2): 152-housing, 154-first LiDAR system, 156-second LiDAR system, 158-rotating section

圖3 LiDAR 示意圖（引自專利 US2014211194 A1）Fig.3 Schematic illustration of LiDAR(cited from patent US2014211194 A1)

上海禾賽光電科技有限公司于2018年申請(qǐng)了一種大視場(chǎng)近程激光雷達(dá)(CN108761471 A)，包括轉(zhuǎn)子100、激光發(fā)射系統(tǒng) 200和接收系統(tǒng) 300，轉(zhuǎn)子 100具有相互隔離的發(fā)射艙 105和接收艙 106，激光發(fā)射系統(tǒng)200設(shè)置于發(fā)射艙 105 內(nèi)，接收系統(tǒng) 300 設(shè)置于接收艙 106 內(nèi)，通過(guò)光纖固定裝置 203 結(jié)合光纖耦合技術(shù)能夠固定任意數(shù)量的光纖，實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)的高線束(圖4)[7]。

深圳市速騰聚創(chuàng)科技有限公司于2018年申請(qǐng)了一種多線激光雷達(dá)系統(tǒng)(CN108957424 A)，包括旋轉(zhuǎn)部 1和固定部 2，可實(shí)現(xiàn) 360° 全角度掃面，旋轉(zhuǎn)部1上設(shè)置有發(fā)射陣列 10，用于發(fā)射多路出射激光；發(fā)射陣列 10 包括沿豎直方向依次排列的三組發(fā)射板組101-103；其中發(fā)射板組 101和103 均包括數(shù)量相同的兩個(gè)發(fā)射板子集(1011和1012、1031和1032)，且相應(yīng)的兩個(gè)發(fā)射板子集均在豎直方向上交錯(cuò)排列；發(fā)射板組 102 則包括至少一個(gè)發(fā)射板 100；發(fā)射板組101和103的發(fā)射板 100 上包括一個(gè)發(fā)射器，發(fā)射板組 102的發(fā)射板 100 上包括多個(gè)發(fā)射器；每個(gè)發(fā)射板100 與水平面的夾角均不同且為銳角。該申請(qǐng)通過(guò)精簡(jiǎn)器件的使用節(jié)省空間，減輕重量，發(fā)射端反射鏡組合接收端反射鏡組分別對(duì)光路進(jìn)行折疊，使雷達(dá)體積得以壓縮(圖5)[8]。

為了實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)量，機(jī)械式激光雷達(dá)通常要求較多的運(yùn)動(dòng)部件，而為了實(shí)現(xiàn)精密光學(xué)對(duì)準(zhǔn)，裝調(diào)也需要耗費(fèi)較大的工作量，從而導(dǎo)致這類激光雷達(dá)的價(jià)格較為昂貴，量產(chǎn)成本較大。另外，由于機(jī)械掃描結(jié)構(gòu)中的馬達(dá)和多面棱鏡具有較大體積和重量，在長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)中容易造成磨損，可靠性將隨之降低。

圖5 雷達(dá)示意圖（引自CN108957424 A）Fig.5 Schematic illustration of LiDAR(cited from patent CN108957424 A)

2.2 MEMS 激光雷達(dá)

MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微機(jī)電系統(tǒng))激光雷達(dá)較好地克服了機(jī)械式掃描激光雷達(dá)體積較大、只適合于頂裝的不足。MEMS 激光雷達(dá)從產(chǎn)品外形上看不存在可見(jiàn)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，但是在內(nèi)部藏有微小的微振鏡部件，通過(guò)集成在芯片上的微振動(dòng)鏡反射激光仍可實(shí)現(xiàn) 360° 全方位掃描。

韓國(guó)公司 Msotek 于2015年申請(qǐng)的專利(KR20160113794 A)中使用 MEMS 鏡作為激光雷達(dá)的微鏡，具體地，激光雷達(dá)系統(tǒng)包括光源 100、設(shè)置在光源 100 上方的光源鏡 120、設(shè)置在光源鏡 120 側(cè)方的接收鏡 130和旋轉(zhuǎn)微鏡 140，旋轉(zhuǎn)微鏡以沿兩個(gè)軸線方向可旋轉(zhuǎn)的方式設(shè)置在光源光的光路徑上以使得其反射面的方向隨時(shí)間可變，并且通過(guò)隨時(shí)間改變方向來(lái)朝向前方反射光源光以作為掃描光。通過(guò)僅裝置內(nèi)部的微鏡旋轉(zhuǎn)而整體不旋轉(zhuǎn)，激光雷達(dá)裝置體型進(jìn)一步緊湊(圖6)[9]。

2017年以色列公司 Innoviz 申請(qǐng)的一件專利(WO2018055449 A2)涉及MEMS 激光雷達(dá)，利用來(lái)自時(shí)空配準(zhǔn)的兩個(gè)光源的激光束提高信噪比、提高重疊區(qū)域內(nèi)目標(biāo)的定位范圍和定位精度。具體而言，控制激光源，使得激光源的光通量在一個(gè)視場(chǎng)的多個(gè)掃描范圍內(nèi)變化，視場(chǎng)包括近場(chǎng)部分和遠(yuǎn)場(chǎng)部分，控制光偏轉(zhuǎn)器以掃描視場(chǎng)的方式偏轉(zhuǎn)來(lái)自光源的光，通過(guò)改變光源參數(shù)分別檢測(cè)近場(chǎng)部分和遠(yuǎn)場(chǎng)部分是否存在目標(biāo)(圖7)[10]。

上海思致汽車于2018年提出了一件基于微機(jī)電系統(tǒng)的廣域激光雷達(dá)系統(tǒng)(CN108710138 A)，其通過(guò)MEMS 半球面微鏡與移動(dòng)模塊的配合，使得 MEMS半球面微鏡可以在平面上進(jìn)行相應(yīng)方向的運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn) 180°×180°的掃描范圍(圖8)[11]。

MEMS 激光雷達(dá)雖然能解決雷達(dá)小型化的技術(shù)問(wèn)題，并得益于MEMS 技術(shù)的相對(duì)成熟能夠降低整體成本，但是仍然存在接收光路復(fù)雜、本質(zhì)上的振動(dòng)結(jié)構(gòu)影響使用壽命的缺陷。

2.3 光學(xué)相控陣(OPA)激光雷達(dá)

相控陣技術(shù)已經(jīng)在雷達(dá)領(lǐng)域得到了普遍的應(yīng)用，其具有無(wú)需機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)即可改變掃描方向的優(yōu)勢(shì)，而這種優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于激光雷達(dá)測(cè)量中，則徹底消除了機(jī)械式旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)和MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)激光雷達(dá)的宏觀機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)/微觀機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖6 雷達(dá)示意圖（引自專利 KR20160113794 A）Fig.6 Schematic illustration of LiDAR(cited from patent KR20160113794 A)

圖7 雷達(dá)示意圖（引自專利 WO2018055449 A2）：216-非對(duì)稱偏轉(zhuǎn)鏡，116-傳感器，112A-主光源，112B-次光源）Fig.7 Schematic illustration of LiDAR(cited from patent WO2018055449 A2): 216-asymmetrical deflector, 116- sensor,112A- primary light source, 112B- secondary light source)

在OPA(Optical Phased Array)激光雷達(dá)中，若干個(gè)發(fā)射單元組成發(fā)射陣列，通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)射陣列中各發(fā)射單元的相位差改變激光光束的出射角度，在設(shè)定方向上產(chǎn)生互相加強(qiáng)的干涉從而實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度的指向光束。

Quanergy公司于2014年申請(qǐng)了基于PIC(光子集成電路)的OPA 雷達(dá)系統(tǒng) (US2016161600 A1)，雷達(dá)傳感器 10 包括光學(xué)相控陣發(fā)射器 20，接收器 30，處理器 40和一個(gè)或多個(gè)印刷電路板 50，光學(xué)相控陣發(fā)射器 20 包括由微加工和/或納米加工技術(shù)生產(chǎn)的OPA PIC，設(shè)置延遲線的調(diào)諧元件使光學(xué)天線發(fā)射具有特定相位延遲的光束，通過(guò)發(fā)射光束的干涉形成所需的遠(yuǎn)場(chǎng)輻射圖案，整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有任何機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件。應(yīng)用于車載環(huán)境時(shí)，車身前部和后部多個(gè)位置安裝激光雷達(dá)傳感器10(圖9)[12]。

Blackmore公司于2017年申請(qǐng)了利用外差檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)測(cè)距的OPA 激光雷達(dá)系統(tǒng)(US2018224547 A1)，其工作方式包括基于代碼調(diào)制來(lái)自激光器的光信號(hào)以產(chǎn)生并發(fā)送相位編碼光信號(hào)，將返回的光信號(hào)與參考光信號(hào)混合，檢測(cè)該混合光信號(hào)以產(chǎn)生電信號(hào)，確定電信號(hào)的同相分量和正交分量之間的交叉譜，基于交叉譜中的峰值確定返回的光信號(hào)的多普勒頻移(圖10)[13]。

圖8 雷達(dá)示意圖（引自專利 CN108710138 A）：5-激光器，6-MEMS微鏡，7-掃描角度擴(kuò)大鏡頭）Fig.8 Schematic illustration of LiDAR(cited from patent CN108710138 A): 5-laser, 6-MEMS micromirror,7-magnascope)

圖10 雷達(dá)示意圖（引自專利 US2018224547 A1）Fig.10 Schematic illustration of LiDAR(cited from patent US2018224547 A1)

由于OPA 激光雷達(dá)的相控陣工作機(jī)制容易引起旁瓣，使得激光能量被分散，從而影響探測(cè)距離和角分辨率。

上海師范大學(xué)于2013年提出的涉及相控陣激光掃描旁瓣抑制裝置的專利申請(qǐng)(CN102866394 A)，包括主振激光器以及相位補(bǔ)償板，主振激光器與相位補(bǔ)償板之間依次設(shè)有擴(kuò)束準(zhǔn)直器以及光學(xué)相控陣掃描器，光學(xué)相控陣掃描器的輸出端面至相位補(bǔ)償板的距離滿足分?jǐn)?shù)泰伯效應(yīng)自成像條件，相位補(bǔ)償板的相位于激光陣列光場(chǎng)費(fèi)涅爾衍射傳播到分?jǐn)?shù)泰伯距離處光場(chǎng)的相位相對(duì)應(yīng)，該裝置可產(chǎn)生高光束質(zhì)量的非機(jī)械掃描光束輸出[14]。

2.4 閃光(Flash)型激光雷達(dá)

Flash 型激光雷達(dá)屬于非掃描式工作方式，其采用單脈沖測(cè)量直接向各個(gè)方向漫射，僅需一次快閃便能照亮整個(gè)場(chǎng)景，利用飛行時(shí)間成像儀接收發(fā)射信號(hào)并形成2D或3D圖像。相較于掃描式激光雷達(dá)，F(xiàn)lash 型激光雷達(dá)的優(yōu)劣勢(shì)都很明顯，優(yōu)勢(shì)在于能夠快速捕獲整個(gè)場(chǎng)景，劣勢(shì)在于探測(cè)距離超過(guò)一定長(zhǎng)度(例如幾十米)后，返回的光子數(shù)量有限，探測(cè)精度明顯降低。

美國(guó)亞德諾半導(dǎo)體公司于2016年申請(qǐng)的專利(US2017343653 A1)涉及Flash 激光雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)將視角分成多段，照明器陣列中的每個(gè)照明器對(duì)應(yīng)于特定分段的視角，光檢測(cè)器陣列也被分為多個(gè)亞組，每個(gè)亞組也對(duì)應(yīng)于特定分段的視角，照明器分別向視角的對(duì)應(yīng)分段依次發(fā)射光束脈沖，多個(gè)光檢測(cè)器亞組依次從視角的多個(gè)分段接收反射回來(lái)的光束脈沖，通過(guò)這種分段分組的方式有利于克服探測(cè)距離增加所導(dǎo)致的目標(biāo)對(duì)象上照射密度降低的問(wèn)題(圖11)[15]。

圖11 雷達(dá)示意圖（引自專利 US2017343653 A1）Fig.11 Schematic illustration of LiDAR(cited from patent US2017343653 A1)

上海機(jī)電工程研究所于2018年申請(qǐng)了名為“閃光式激光雷達(dá)回波信號(hào)物理圖像模擬系統(tǒng)和方法”的專利(CN108387907 A)，該申請(qǐng)致力于解決 Flash 激光雷達(dá)成像像素規(guī)模不斷增加所導(dǎo)致的回波信號(hào)模擬難度增大、成本增加的技術(shù)問(wèn)題，所采用的技術(shù)手段為將三維目標(biāo)沿距離維進(jìn)行切片，時(shí)間切片的間距由精控延時(shí)模擬，每個(gè)切片的圖案由微快門(mén)陣列器件模擬，激光雷達(dá)到目標(biāo)的距離由粗控延時(shí)模擬，將傳統(tǒng)二維空間域所需的與像元數(shù)匹配的MhN個(gè)通道數(shù)量較少為時(shí)間域的K個(gè)通道[16]。

2.5 連續(xù)波調(diào)頻(FMCW)激光雷達(dá)

當(dāng)前大部分車載激光雷達(dá)都采用“TOF(Time OF Flight)”的計(jì)算原理，即基于飛行時(shí)間來(lái)測(cè)算距離，TOF 測(cè)量方法簡(jiǎn)單快速，但隨著探測(cè)距離的增加其受其他信號(hào)源干擾的缺點(diǎn)變得更加明顯，而更為復(fù)雜的連續(xù)波調(diào)頻(FMCW)方法能夠克服此類問(wèn)題。FMCW 向目標(biāo)發(fā)射連續(xù)的調(diào)制頻率激光束，該激光束分為兩路，一路光束飛向目標(biāo)并被反射，另一路光束與反射回來(lái)的光束重新結(jié)合，由于兩路光束飛行距離不同，因此能夠產(chǎn)生一個(gè)具有差頻的干涉圖像，從中可計(jì)算出第一路光束的飛行距離[17]。

Strobe公司于2015年提出了關(guān)于FMCW 激光雷達(dá)的專利申請(qǐng)(US2016299228 A1)，其通過(guò)將激光源光耦合到“回音壁模式”的光學(xué)諧振器上，用于降低源激光的線寬，從而產(chǎn)生高線性度和可再生的光啁啾，距離分辨率可以達(dá)到厘米級(jí)[18]。

美國(guó) HRL 實(shí)驗(yàn)室于2017年申請(qǐng)的一件專利(US2018210068 A1)涉及使用雙頻激光器的FMCW 激光雷達(dá)，其不需要調(diào)制器而能提供從 0Hz的大位移拍頻，由于在不使用任何電子或電光裝置/調(diào)制器的情況下完成光譜位移，能夠簡(jiǎn)化系統(tǒng)并降低測(cè)量噪聲。雙頻激光器的一個(gè)頻率的輻射用作參考輻射，并在光電探測(cè)器處與雙頻激光器的另一頻率的輻射混合，該頻率從遠(yuǎn)程物體散射或反射，從而獲得明確的速度測(cè)量(圖12)[19]。

3 技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

從 2012年5月谷歌(Google)正式獲得美國(guó)歷史上為自動(dòng)駕駛汽車頒發(fā)的第一張執(zhí)照到預(yù)估 2020年激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到2.7 億美元，從最初谷歌搭載 Velodyne公司的64 線機(jī)械式旋轉(zhuǎn) LiDAR(Light Detection And Ranging)，到越來(lái)越多的研發(fā)機(jī)構(gòu)致力于早日實(shí)現(xiàn)車規(guī)級(jí)激光雷達(dá)，我們愈加清楚地認(rèn)識(shí)到，作為環(huán)境感知的關(guān)鍵傳感器之一，車載激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展在自動(dòng)駕駛大潮中扮演著非常重要的角色，而自動(dòng)駕駛的行業(yè)需求亦推動(dòng)著車載激光雷達(dá)領(lǐng)域的快速發(fā)展。

通過(guò)上文對(duì)近年來(lái)車載激光雷達(dá)主要技術(shù)分支的梳理，可以看出，車載激光雷達(dá)整體上沿著小型化、低成本化的技術(shù)路線演進(jìn)。

圖12 雷達(dá)示意圖（引自專利 US2018210068 A1）Fig.12 Schematic illustration of LiDAR(cited from patent US2018210068 A1)

機(jī)械式旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)依托于成熟的機(jī)械掃描技術(shù)，是最早在車載激光雷達(dá)中得到應(yīng)用的技術(shù)分支，其主要的改進(jìn)難點(diǎn)在于設(shè)備小型化和提高垂直分辨率之間的天然矛盾，而其商業(yè)化量產(chǎn)的最大障礙在于復(fù)雜機(jī)械結(jié)構(gòu)帶來(lái)的高價(jià)格、高裝配周期等一系列高成本。

從主要研發(fā)者的研發(fā)態(tài)勢(shì)來(lái)看，徹底消除機(jī)械式旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的技術(shù)分支(即“固態(tài)激光雷達(dá)”)是車載激光雷達(dá)未來(lái)的主流發(fā)展趨勢(shì)。分析其原因，固態(tài)激光雷達(dá)由于采用電子部件替代了機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件實(shí)現(xiàn)掃描，具有低成本、體型小的優(yōu)勢(shì)，低成本意味著量產(chǎn)成為可能，體型小則可脫離頂裝安裝方式，集成至傳統(tǒng)車輛的外觀(例如可安裝于車輛的進(jìn)氣格柵、后視鏡等位置)。此外，由于摒棄了需要精確光學(xué)配準(zhǔn)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，固態(tài)激光雷達(dá)的使用壽命變得更長(zhǎng)，裝配難度因可交由軟件控制因而下降。綜合來(lái)看，固態(tài)化車載激光雷達(dá)是未來(lái)最有可能產(chǎn)生車規(guī)級(jí)產(chǎn)品的技術(shù)分支。但是需要認(rèn)識(shí)到，目前的固態(tài)激光雷達(dá)分支尚處于研究階段，技術(shù)路線尚未定型，主流的解決方案包括光學(xué)相控陣(OPA)激光雷達(dá)和閃光(Flash)型激光雷達(dá)，其需要解決的技術(shù)問(wèn)題還有很多。這主要體現(xiàn)在：?jiǎn)蝹€(gè)固態(tài)激光雷達(dá)傳感器不能實(shí)現(xiàn) 360°掃描探測(cè)，需要在不同方向布置多個(gè)傳感器以完成全方位掃描，因此雖然單個(gè)傳感器成本在下降，但整體配置后是否還具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)有待考慮；對(duì)OPA 激光雷達(dá)而言，其制造工藝難度較大，還需要研究如何消除旁瓣的影響；對(duì)Flash 型激光雷達(dá)而言，如何改善探測(cè)距離是亟待解決的問(wèn)題。

將旋轉(zhuǎn)掃描結(jié)構(gòu)從“宏觀”改為“微觀”的MEMS 方式被認(rèn)為是車載激光雷達(dá)走向固態(tài)化的過(guò)渡階段，因此也被稱為“混合固態(tài)”激光雷達(dá)，但是由于全固態(tài)激光雷達(dá)也并未定型，因此不排除混合固態(tài)激光雷達(dá)隨著技術(shù)的進(jìn)步找的新的突破點(diǎn)。

在測(cè)距原理方面，大部分車載激光雷達(dá)采用了TOF 機(jī)制，但為了改善遠(yuǎn)距離探測(cè)精度，F(xiàn)MCW(Frequency Modulated Continuous Wave)激光雷達(dá)也成為當(dāng)前車載激光雷達(dá)的主要技術(shù)分支，由于FMCW機(jī)制的復(fù)雜性，其對(duì)計(jì)算能力的要求更高，成像速度也更慢，且探測(cè)精度高度依賴于“啁啾”的線性度。

總的來(lái)說(shuō)，車載激光雷達(dá)的發(fā)展時(shí)間并不長(zhǎng)，為了滿足自動(dòng)駕駛的迫切需求，低成本化、小型化、固態(tài)化是未來(lái)的總體發(fā)展趨勢(shì)。