激光雷達的工作原理

激光雷達是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達。通過向目標發(fā)射探測信號(激光)，然后將接收到的從目標反射回來的信號(目標回波)與發(fā)射信號進行比較，從而獲得目標的距離、方位、速度等相關信息。

激光雷達PCB之激光測量原理

自動駕駛中，激光雷達的用途如下：

障礙物檢測：識別和定位車輛周圍的行人、自行車、其他車輛等。

車輛定位：結(jié)合地圖和GPS傳感器數(shù)據(jù)，進行精確的定位。

道路特征識別：包括路面情況，道路邊緣、交通標志等。

SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）：即時構建周圍環(huán)境地圖并定位自身位置。

攝像頭成像與激光雷達成像

激光雷達在自動駕駛技術中的最大優(yōu)勢在于其高精度和良好的環(huán)境適應性。即使在惡劣的天氣條件下，激光雷達仍然可以提供準確的三維信息。

激光雷達的構成

激光雷達由以下幾個核心部分組成：

發(fā)射器：通常使用半導體激光器發(fā)射脈沖激光。

掃描和光學系統(tǒng)：用以改變激光的方向，對環(huán)境進行掃描。

探測器和接收器：接收反射回來的激光信號，并將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。

位置和導航系統(tǒng)：包括GPS和慣性測量單元(IMU)，用于確定激光雷達的精確位置和方向。

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：用來將模擬前端輸出的信號進行算法處理并輸出最終雷達測量到的數(shù)據(jù)。

每個核心組件都有多種技術上的實現(xiàn)方式，這些方式也會影響到激光雷達的性能指標，例如測量的距離、精度、分辨率和靈敏度。

激光雷達線路板之激光雷達的分類

機械式激光雷達進行掃描即是在電機的帶動下將發(fā)射模塊和接收模塊進行360°旋轉(zhuǎn)掃描。

機械式旋轉(zhuǎn)激光雷達

機械式激光雷達可以實現(xiàn)360°全方位測量，適用于高能激光，但是其體型較大，長時間使用之后電機的損耗也會較大。

混合固態(tài)激光雷達包括三條技術路線：棱鏡、轉(zhuǎn)鏡和MEMS微振鏡。棱鏡和轉(zhuǎn)鏡技術路線下，發(fā)射模塊和接收模塊固定不動，電機只帶動一面或幾面“鏡子”旋轉(zhuǎn)。

MEMS微振鏡技術路線更進一步，取消了電機，微振鏡在靜電、電磁、電熱或壓電驅(qū)動下往復運動，實現(xiàn)掃描。

MEMS微振鏡激光掃描

固態(tài)激光雷達，內(nèi)部沒有機械運動部件，包括光學相控陣（Optical Phased Array，OPA）和Flash兩種方案。 

OPA激光雷達運用光的相干原理，將若干激光發(fā)射單元組成發(fā)射陣列，通過改變加在不同發(fā)射單元上的電壓，改變不同發(fā)射單元發(fā)射光波相位，在設定方向上產(chǎn)生互相加強的相長干涉，從而合成具有特定方向、高強度的激光主光束。而其它方向上從各個發(fā)射單元射出的光波產(chǎn)生相消干涉，輻射強度接近于零。

硅基OPA激光雷達的發(fā)射與接收陣列

OPA激光雷達的掃描速度和精度較高，可以實現(xiàn)MHz量級以上的掃描速度和千分之一度量級以上的掃描精度。在允許的角度范圍內(nèi)可以做到任意指向。但是OPA激光雷達的掃描角度有限，工藝要求高、加工難度大，還存在旁瓣效應。

Flash激光雷達采用快閃的非掃描方式，通過在短時間直接發(fā)射出一大片激光脈沖（面陣光），再通過高度靈敏的探測器接收，完成被測物體三維圖像的構建。Flash激光雷達就是沒有掃描模塊，只有發(fā)射模塊和接收模塊。

Flash激光雷達與掃描式激光雷達

激光雷達拆解

華為96線激光雷達

2020年12月，華為正式發(fā)布其首款車規(guī)級96線中長距激光雷達，核心參數(shù)：

測距：150m@10%；

水平FOV：120°，垂直FOV：25°；

角分辨率：0.25°（H）×0.26°（V）

刷新頻率：最高25Hz

華為96線激光雷達核心電路板

激光雷達電路板主板

主板使用了軟硬結(jié)合板的方式，兩塊主板分別為TDA主板和FPGA主板，板子四周做了包金處理，后續(xù)裝配屏蔽罩，形成良好的電磁屏蔽。使用軟硬結(jié)合板的形式，減少了板間連接線纜的使用，同時可靠性更高，節(jié)省空間的同時，大大提高了裝配的效率。

激光發(fā)射板

激光發(fā)射板一共有兩塊，電路完全相同，使用的是EEL激光發(fā)射器，激光管通過金線bonding的工藝與PCB進行連接。

激光接收板

接收器使用的是索尼SPAD深度傳感器，同樣使用了軟硬結(jié)合板的方式，接收傳感器同樣使用bonding工藝與PCB進行連接，并封膠處理。

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