一文教你看懂无人驾驶的关键激光雷达

　　自从2012年谷歌无人驾驶汽车刷屏以来，顶在车顶的"全家桶"总是这么引人瞩目。而这"全家桶"就是传说中的激光雷达。

　　这款激光雷达的供应商是来自美国Velodyne，当时这个"全家桶"造价高达7万美刀，比车还贵！准确来说，应该可以买5辆比亚迪…

　　OK，说到这里，大家肯定要问了，激光雷达最近好像听到频率很高啊？

　　没错，说到激光雷达就不得不提最近风头正劲的ADAS。现阶段的ADAS，激光雷达、毫米波雷达、视觉传感器是用于周围环境感测的主流手段，是实现ADAS的必备。

　　而所谓激光雷达，就是利用激光束探测目标，获得数据并生成精确的数字高程模型。它的工作原理也不难理解，就是发射和接收激光束。在激光雷达的内部，每一组组件都包含一个发射单元与接收单元。我们拿激光雷达领域最有名的公司Velodyne的旋转镜面设计图来说明。

　　激光雷达工作原理（图片来自Velodyne）

　　这套发射/接收组件和旋转镜面结合在一起，能扫描至少一个平面。镜面不只反射二极管发出去的光，而且也能把反射回来的光再反射给接收器。通过旋转镜面，能够实现 90到180度的视角，并且大大降低系统设计和制造的复杂度，因为镜面是这里面唯一的运动机构。

　　探测距离的原理是基于光返回的时间，激光二极管发出脉冲光，脉冲光照射到目标物后反射一部分光回来，在二极管附近安装一个光子探测器，它可以探测出返回来的信号，通过计算发射和探测的时间差就可以计算出目标物的距离。脉冲距离测量系统一旦被激活就能收集到大量的点云。

　　如果点云中有目标物，目标物就会在点云中呈现出一个阴影。通过这个阴影可以测量出目标物的距离和大小。通过点云可以生成周围环境的3D图像。点云密度越高，图像越清晰。

　　讲完激光雷达的原理，同志们可能又有疑问了，为什么ADAS里要装两种雷达，激光雷达和毫米波雷达的区别又是什么呢？

　　小编特意给大家理了张图，对比激光雷达和毫米波雷达的各方面能力，大家一看便知：

　　总体而言，激光雷达的精度更高，但是价格昂贵。

　　激光雷达的优势非常明显，其探测的范围更广，且精度更高。但是在极端天气或者烟雾环境下性能大大降低，而且由于其数据采集量大，价格也非常贵。目前安装在百度和谷歌无人驾驶汽车上的64线激光雷达（线数越多，性能越好，造价越贵），售价就高达70万人民币。

　　毫米波雷达受制于波长，但是价格较低。

　　毫米波雷达的技术相对成熟，其波长介于厘米波和光波之间，因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点，且其引导头具有体积小、质量轻和空间分辨率高。此外，毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，相比于激光雷达是一大优势。但是，由于其收到频段损耗的直接制约，导致其对周边所有障碍物无法进行精准的建模。不过受益于技术成熟，其单价也更低，只有100美元左右，而且市场需求相较激光雷达更多。

　　所以为了互补，大多数ADAS上都会装上两款雷达。不过，要推广ADAS，实现无人驾驶的远大理想，激光雷达的成本问题便成了关键。试想一下，一个激光雷达卖的比车还贵，会有用户买单吗？

　　所以，大家都在找把激光雷达成本降低的方法，然后！固态激光雷达就诞生了！

　　固态激光雷达第一次出现在大众视野中应该是在今年1月的美国CES上，激光雷达初创公司 Quanergy Systems 发布了号称是全球第一款固态激光雷达传感器，并称如果订货量在一万台，每台激光雷达的成本有望控制在 100 美元以下。（这家公司我们下文会做详细介绍，大家不用着急百度）

　　100美元啊，什么概念啊…原来几十万的东西，现在就买几百块啊！到底是干了什么才能让成本下降这么多呢？

　　我们又要回到原理上来，传统的激光雷达是靠360度机械旋转来运作的，而固态激光雷达则采用了基于电子部件进行数据读写的方案，去除了机械旋转部件，采用集成电路上的感应晶片扫描各个方向，然后输出车辆周围的 3D 图像。另外，Quanergy还将其线数还降低到了8线，这样不仅大大降低了成本，而且还缩小了体积。

　　用一张比较通俗易懂的图解释应该就是这个了：

　　不过"固态"就意味着激光雷达不能进行 360 度旋转，只能探测前方。但是，只要在车辆上多装几个就可以解决探测范围的不足了。

　　除了固态激光雷达，目前还有一种混合固态雷达，也是另外一种过渡性的产品。混合固态雷达虽然从外观上看不到传统激光雷达的旋转机制，但是为了360全视角，其内部实际上仍然存在一些机械旋转部件。只是这套机械旋转部件做的非常小巧并且藏在机身内部而已。

不过，虽然以上两种方案是把