机械激光雷达与固态激光雷达优劣

激光雷達(dá)作為機(jī)器人和無(wú)人駕駛的核心傳感器，其重要性不言而喻，目前，根據(jù)有無(wú)機(jī)械部件來(lái)分，激光雷達(dá)可分為機(jī)械激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)，雖然固態(tài)激光雷達(dá)被認(rèn)為是未來(lái)的大勢(shì)所趨，但在當(dāng)前激光雷達(dá)戰(zhàn)場(chǎng)，機(jī)械激光雷達(dá)仍占據(jù)主流地位。

機(jī)械激光雷達(dá)帶有控制激光發(fā)射角度的旋轉(zhuǎn)部件，而固態(tài)激光雷達(dá)則無(wú)需機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件，主要依靠電子部件來(lái)控制激光發(fā)射角度。

機(jī)械激光雷達(dá)主要由光電二極管、MEMS反射鏡、激光發(fā)射接受裝置等組成，其中機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件是指可360°控制激光發(fā)射角度的MEMS發(fā)射鏡。

固態(tài)激光雷達(dá)則與機(jī)械激光雷達(dá)不同，它通過(guò)光學(xué)相控陣列（OpticalPhasedArray）、光子集成電路（PhotonicIC）以及遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖（FarFieldRadiationPattern）等電子部件代替機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件實(shí)現(xiàn)發(fā)射激光角度的調(diào)整。

由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所差別，兩種激光雷達(dá)的大小也不盡相同，機(jī)械激光雷達(dá)體積更大，總體來(lái)說(shuō)價(jià)格更為昂貴，但測(cè)量精度相對(duì)較高。而固態(tài)激光雷達(dá)尺寸較小，成本低，但測(cè)量精度相對(duì)會(huì)低一些。

此外，相比固態(tài)激光雷達(dá)，機(jī)械激光雷達(dá)有一個(gè)更為明顯的優(yōu)勢(shì)就是其360°視場(chǎng)，可以在機(jī)器人或汽車的頂部固定安裝一個(gè)激光雷達(dá)，便可360°感知周圍環(huán)境，反觀固態(tài)激光雷達(dá)，需要固定在某些適當(dāng)?shù)奈恢?，視?chǎng)角一般在120°以內(nèi)，因此，如應(yīng)用于無(wú)人車中，至少需要用到4臺(tái)才能達(dá)到機(jī)械式激光雷達(dá)一樣的覆蓋范圍，數(shù)量越多，也意味著成本越高。

固態(tài)激光雷達(dá)還有另一個(gè)不大明顯的優(yōu)勢(shì)，人眼安全法規(guī)允許運(yùn)動(dòng)的激光源發(fā)射比固定激光源更高的功率。

所有1級(jí)安全系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須確保人員不眨眼直視激光設(shè)備數(shù)秒鐘，仍然不會(huì)受到傷害。

當(dāng)采用固態(tài)掃描單元時(shí)，如果人眼處于激光掃描器幾英寸的地方，可能會(huì)導(dǎo)致100%的激光射入眼內(nèi)。但是如果采用機(jī)械激光雷達(dá)時(shí)，激光只集中于某個(gè)特定的方向，只有360°旋轉(zhuǎn)的一小部分。因此，機(jī)械激光雷達(dá)可以為每個(gè)激光脈沖提供更高的功率，而不會(huì)造成眼睛損傷。這樣可以更容易地檢測(cè)到返射光，因此在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，機(jī)械激光雷達(dá)可能要比固態(tài)激光雷達(dá)具有更大的探測(cè)范圍優(yōu)勢(shì)。

同時(shí)，大部分領(lǐng)先的固態(tài)激光雷達(dá)設(shè)計(jì)，都面臨著“遠(yuǎn)距離探測(cè)”這個(gè)顯著的挑戰(zhàn)。

MEMS系統(tǒng)中的微型掃描鏡能投射的激光量有限。這使得遠(yuǎn)處物體反射激光束并被探測(cè)的難度很大。光學(xué)相控陣方案相對(duì)于其它技術(shù)，產(chǎn)生的光束發(fā)散性更大，因此很難兼顧長(zhǎng)距離、高分辨率和寬視場(chǎng)。

而對(duì)于泛光成像激光雷達(dá)，每次發(fā)射的光線會(huì)散布在整個(gè)視場(chǎng)內(nèi)，這意味著只有一小部分激光會(huì)投射到某些特定點(diǎn)。此外，光電探測(cè)器陣列中的每個(gè)像素都必須非常小，限制了它可以捕捉的反射光量。

總的來(lái)說(shuō)，固態(tài)激光雷達(dá)雖有成本低、小型化、更容易量產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，但要大面積普及仍存在很大挑戰(zhàn)，而機(jī)械激光雷達(dá)因其擁有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，預(yù)計(jì)在未來(lái)一些年將繼續(xù)保持一定的市場(chǎng)地位。

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