常见激光雷达分类

Posted 2022-04-29 阿木实验室

一、激光雷达的原理

激光雷达的原理类似于声呐，只不过这里我们用光代替声音，来衡量激光雷达与障碍物之间的距离。主要工作原理是向目标发射激光束（单线/多线），然后将反射信号与发射信号比较, 分析信号的折返时间（TOF）或频率差（多普勒频移），即可获得目标距离等相关参数。

 

 为什么叫激光雷达？

激光是大量原子受激辐射所产生的发光行为，激光在传播中始终像一条笔直的细线，发散的角度极小。

如果一个激光雷达能够在同一个空间内，按照设定好的角度发射无数条激光，就能得到无数基于障碍物的反射信号。比如一条线速激光通过一个平面反射的障碍物信息，将得到一个平面地图；多条激光线速通过不同平面反射的障碍物信息，将得到一个三维地图。

二、激光雷达的作用

机器人自主定位与导航，常用于定位建图和避障导航，是移动机器人感知外界环境障碍物的眼睛。

三、常见的激光雷达类型，以及各自的优缺点和适用场景

1、线数划分

①单线激光雷达：

单线激光雷达只能完成平面扫描，其扫描速度快、分辨率和可靠性高，目前主要应用于服务机器人等对高度信息要求不高，需要规避障碍物的场景。

 

②多线激光雷达：

多线激光雷达可识别物体的高度信息（可理解为竖直方向的积分），目前业界以4~128线为主，造价昂贵，主要用于无人车自动驾驶等领域。

2、扫描方式划分

激光雷达按扫描方式大体可以分为三种类型，机械式、固态式和混合固态式。目前机械式最为常用，固态式为未来业界大力发展方向（固态指激光雷达为单个整体，没有需要旋转和可动扫描部件）；混合式是机械式和纯固态式的折中方案（较机械式只扫描前方一定角度内的范围；较纯固态式仍有一些较小的活动部件），是目前阶段量产装车的主流产品。

①机械旋转式激光雷达：

业界多为此种方案。发射系统和接收系统存在物理意义上的转动，不断的旋转发射器，将激光点变成线，并在竖直方向上排布多束激光发射器形成面，实现3D扫描的目标。但内部结构复杂，主要包括激光器、扫描器、光电探测器以及位置和导航器件。由于通过复杂的机械结构实现高频准确的转动，硬件成本高，且很难保持长时间稳定运行，业界寿命多为2~3万小时（正常使用约2~3年），因此目前固态激光雷达成为很多公司的研究方向。

②微转镜激光雷达（混合固态）：

转镜类似于机械式，保持收发模块不动，通过电机带动转镜运动，将激光反射到不同的方向实现一定范围内激光的扫描。目前转镜式激光雷达方案较成熟、易过车规，是目前自动驾驶上应用的比较多的方案，相比纯机械式，机械结构简单，体积相对较小，易于量产。

③MEMS激光雷达（混合固态）：

MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）采用微振镜扫描，在微观上实现激光雷达发射端的光束操纵。MEMS微振镜是一种硅基半导体元器件，技术成熟，集成度高，它的引入可以帮助激光雷达减少马达、多棱镜等机械运动装置，减小尺寸空间，同时还可以减少激光器和探测器数量，极大地降低成本。但是其尺寸较小，限制了扫描范围和视场角，且稳定性较低，过车规难度较大，目前量产一致性较低。

④泛光面阵式激光雷达（Flash，固态）：

泛光面阵式是目前全固态激光雷达中较为成熟的技术（快闪，原理类似相机），它可以短时间直接发出一大片覆盖探测区域的激光，以高灵敏度的接收器来完成周围环境的绘制，能快速记录整个场景，避免了扫描过程中雷达或目标的移动带来的影响。但是由于每次发射的光线会散布在整个视场内，这意味着只有小部分激光会投射到某些特定点，很难进行远距离探测。

⑤光学相控式激光雷达（OPA，固态）：

相控阵激光雷达采用多个光源组成阵列，通过控制各光源发光时间差（相对相位），合成具有特定方向的主光束，加以控制便可实现不同方向的扫描。光学相控阵要求单元尺寸不大于半个波长，目前激光雷达的工作波长均在1000nm左右，故阵列单元的尺寸不得大于500nm，加工难度较大。

我们今天推荐的这款激光雷达，主要特点：

1.小巧，重量轻，放到我们P600无人机上比较合适；

2.单线机械式激光雷达探测范围40M，室内外都可以用，技术成熟，成本低；

3.性价比高，适合科研，可大规模量产，用于室内服务机器人和工厂AGV等场景。

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