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雷射雷達的“軍備競賽”，已悄然打響。這個自動駕駛進階的主要硬體，已被越來越多的車企所應用，其扮演的角色也越來越重要，伴随大量資本的注入，讓雷射雷達成為了自動駕駛這場“戰争”的導火索。
本文将對車載雷射雷達的分類、工作原理為大家做詳細說明，同時介紹一些目前搭載雷射雷達車型，如果你對熱門科技感興趣，或想買高階自動駕駛車型，可以做個參考（全文幹貨建議收藏），也可關注電動生活公衆号了解更多。
· 一 ·
何為車載雷射雷達？
定義：車載雷射雷達又稱車載三維雷射掃描器，是一種移動型三維雷射掃描系統，也是城市模組化最有效果的工具之一。主要由發射系統、接收系統、資訊處理三部分組成，基本原理就是将三維雷射掃描器+POS系統裝在車上，可以更長、更遠範圍内建立3D模型。
· 二 ·
雷射雷達使用存争議
在雷射雷達量産落地引發競逐的同時，業界對于自動駕駛技術路線卻仍存争議。部分觀點認為，攝像頭在資料形式和精度上不足，自動駕駛感覺層面需要補充雷射雷達；另一部分觀點則認為，雷射雷達不必要，且過于昂貴。特斯拉CEO馬斯克更是曾表示“雷射雷達免費都不會用”，想從算法上解決視覺資訊的處理問題。
我為大家梳理一下，首先特斯拉做的自動駕駛，是要低成本實作商業化，視覺方案可以達到他的目标，是以目前特斯拉的現在的宣傳口徑沒有問題，而特斯拉也在偷偷地測試雷射雷達。
國内造車新勢力，初衷就是為了更進階别的自動駕駛，是以直接使用上了最高端傳感器——雷射雷達。雖然現在的方案有分歧，但雷射雷達的目标檢測，定位建圖都是視覺無法替代的，到了L3、L4級别自動駕駛，雷射雷達是不可避免的搭載，是以未來的殊途同歸是必然。
· 三 ·
雷射雷達：自動駕駛香饽饽的養成
2021年被稱為雷射雷達的元年，如今經過這兩年的發展，實作搭載的品牌越來越多，像蔚來、小鵬、威馬、智己、極狐等。雷射雷達可以說，是實作更進階别自動駕駛（L3級别以上），以及更高安全性的良好途徑，相比于毫米波雷達，雷射雷達的分辨率更高、穩定性更好、三維資料也更可靠。
現在的L2級自動駕駛硬體大多由攝像頭+毫米波雷達+超音波雷達組成。攝像頭的優勢在于識别清晰，但人眼遇到的強光、天黑、眼盲等問題，攝像頭同樣有；超音波雷達就是我們常說的倒車雷達，成本非常低，但測量距離短，容易受到天氣幹擾，隻在車速慢時有優勢；毫米波雷達就是無線電波雷達，穿透煙霧能力強，可以很好的彌補攝像頭的不足，多用于盲點監測、變道輔助，不懼怕強光、适應惡劣天氣、分辨率可達5cm，但判斷精度相對差些，行車時效果更是大打折扣（特斯拉執着使用此雷達+攝像頭的組合）。
雷射雷達（Lidar）光束範圍很窄，是以需要更多的縱向光束，以覆寫大的面積，是以線束決定着畫面大小，掃描再通過傳回的時間測量距離，并精準、快速構模組化型，相比目前的其他雷達強太多，是以更适合自動駕駛系統，但也同樣易受天氣影響，成本較高。
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雷射雷達：為什麼是自動駕駛解決方案？
雷射雷達可以提供精準的3D測量資料，在相對苛刻的天氣和光照條件下可以更好的完成工作。雷射雷達可以與毫米波雷達，攝像頭等傳感器資料結合，為車輛在行駛環境中提供靜态和動态物體的可靠識别資料，有助于障礙物檢測、避免碰撞和安全導航，并且雷射雷達是一個高度可用、可量産的解決方案。
具體優勢：
（1）分别率及精度：在車輛自動行駛中，産生大量的可靠測量資料，精确到厘米級别，清晰識别物體；
（2）工作環境：受外界環境變化幹擾小，能夠适應惡劣的天氣和光線下正常工作，保障車輛自動行駛過程中的安全；
（3）反應速度：發射光脈沖通過往返時間計算距離，周圍行人和物體皆可探測，實時感覺四周環境，做出及時判斷。
傳統的機械旋轉雷射雷達技術最早也最成熟，由于體積較大，是以裝備困難，在車載應用方面卻幾乎無法實作車規級驗證，現在淪落為測試車專用了；純固态雷射雷達是未來發展方向，目前還不成熟、批量生産較為困難；半固态雷射雷達能以較低的成本和較高的準确度實作掃描，目前相對成熟，是快速通過車規認證的技術方案，半固态雷達目前極為适合裝車需求。
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半固态雷射雷達是主流：分類/工作原理介紹
車載雷射雷達之間，按結構不同大緻可以分為：機械旋轉雷射雷達，混合半固态雷射雷達和全固态雷射雷達（Flash快閃和OPA相控陣，統稱為非掃描式）：
1、機械式雷射雷達體積大、成本較高、裝配難。它通過旋轉實作橫向360度的覆寫面，通過内部鏡片實作垂直角度的覆寫面，同比有着更耐用穩定的特點，是以我們看到的自動駕駛路試車大多采用這種類型，雷達在車頂不停的在旋轉完成橫向掃描，靠增加雷射束，實作縱向寬泛的掃描。
機械式雷射雷達
2、半固态雷射雷達是目前車載的主流産品。按照掃描方式，有如下分類：矽基MEMS、轉鏡、振鏡+轉鏡、旋轉透射棱鏡。
半固态雷射雷達分類、代表廠商、車型、價格
（1）轉鏡：轉鏡分為一維轉鏡和二維轉鏡。一維轉鏡通過旋轉的多面體反射鏡，将雷射反射到不同的方向；二維轉鏡顧名思義内部內建了兩個轉鏡，一個多邊棱鏡負責橫向旋轉，一個負責縱向翻轉，實作一束雷射包攬橫縱雙向掃描。轉鏡雷射雷達體積小、成本低，與機械式雷射雷達效果一緻，但機械頻率也很高，在壽命上不夠理想。
二維轉鏡雷射雷達
（2）MEMS：通過“振動”調整雷射反射角度，實作掃描，雷射發射器固定不動，但很考驗接收器的能力，而且壽命同樣是行業内的重大挑戰。支撐振鏡的懸臂梁角度有限，覆寫面很小，是以需要多個雷達進行共同拼接才能實作大視角覆寫，這就會在每個雷射雷達掃描的邊緣出現不均勻的畸變與重疊，不利于算法處理。另外，懸臂梁很細，機械壽命也有待進一步提升。
MEMS振鏡
（3）振鏡+轉鏡：在轉鏡的基礎上加入振鏡，轉鏡負責橫向，振鏡負責縱向，滿足更寬泛的掃射角度，頻率更高價格相比前兩者更貴，但同樣面臨壽命問題。
振鏡+轉鏡式雷射雷達，我們可以了解為二維轉鏡負責縱向掃描的轉鏡，換為振鏡
（4）棱鏡：棱鏡雷射雷達也稱為雙楔形棱鏡雷射雷達，内部包括兩個楔形棱鏡，雷射在通過第一個楔形棱鏡後發生一次偏轉，通過第二個楔形棱鏡後再一次發生偏轉。控制兩面棱鏡的相對轉速便可以控制雷射束的掃描形态。
棱鏡雷射雷達累積的掃描圖案形狀像花瓣，中心點掃描次數密集，圓的邊緣則相對稀疏，掃描時間持久才能豐富圖像，是以需要加入多個雷射雷達工作，以便達到更高的效果。棱鏡可以通過增加雷射線束和功率實作高精與長距離探測，但結構複雜、體積更難控制，軸承與襯套磨損風險較大。
棱鏡雷射雷達照射方式
3、全固态雷射雷達很理想，目前難以量産。顧名思義此雷射雷達沒有任何機械擺動結構，自然也沒有旋轉。将機械化的雷射雷達晶片化，體型更小、性能更好、壽命更可靠，但逃脫不了摩爾定律的軌道，目前有兩種方式。
OPA固态雷射雷達工作原理
（1）OPA固态雷射雷達完全沒有擺動固件，利用多個光源組成陣列，合成特定方向的光束，實作對不同方向的掃描。具有掃描速度快、精度高、可控性好、體積小（Quanergy雷射雷達隻有90x60x60mm）等優點，缺點是易形成旁瓣，影響光束作用距離和角分辨率，同時生産難度高。
Flash固态雷射雷達工作原理
（2）Flash固态雷射雷達，也可以說是非掃描式，它可以在短時間直接發射出一大片覆寫探測區域的雷射，利用光陣建構圖像，就像是照相機，快速記錄整個場景，減少了沒有了轉動與鏡片磨損，相對更為穩定，不過缺陷也很明顯，比如探測距離較近，對處理器要求較高，相對應成本也高。
· 六 ·
雷射雷達是L3自動駕駛的捷徑？
自動駕駛是未來的趨勢，目前市面上量産的仍然是L2級别自動駕駛，目前沒有任何一款具備L3級别自動駕駛的車輛上路，L3級别不需要駕駛員對路況進行實時監控，隻需要在系統提醒時接管車輛，L3才是真正解放雙手的科技級别。
雷射雷達的分辨率更高、體積小、品質輕、抗幹擾能力相對強、低空探測性能好等衆多優勢，可以為自動駕駛帶來質的提升。相比于視覺路線以及其他雷達傳感器，雷射雷達可以說是實作更進階别自動駕駛的捷徑。
· 七 ·
雷射雷達市場前景
盡管國外雷射雷達市場發展較早，但目前國内雷射雷達市場已經開始呈現百花齊放的局面，不少初創企業在機械雷達方面較為領先，并向固态雷達發展。
在目前技術條件下，雷射雷達是實作L3 自動駕駛技術的捷徑。L3智能駕駛汽車在2021年批量釋出，有望帶動雷射雷達在2022年實作規模量産。未來随着量産雷射雷達成本的降低，出于安全考慮雷射雷達有望成為中高端汽車标配，車載雷射雷達市場規模有望進一步擴大。
據相關咨詢公司預測，至2025年全球雷射雷達市場規模為135.4億美元（破百億），較2019年可實作64.5%的年均複合增長率。其中，中國雷射雷達市場規模将達到43.1億美元，較2019年實作63.1%的年均複合增長率。
· 八 ·
雷射雷達的不足與改善
雷射雷達在應用中也存在着不足。比如，大霧和大雨會減弱雷射信号的強度，精度會下降，并且現在的雷射雷達的點雲是基于幾何呈現的，雖然能分辨出形狀，卻不能辨識顔色和紋理等，這意味着雷射雷達還無法區分紙袋和石頭的不同。
為了改善雷射雷達的缺陷，是以車輛在自動駕駛的感覺層面還加入了攝像頭。有分析認為，攝像頭的高分辨率和雷射雷達的精準測距，恰好互為補充。相比于依靠攝像頭的純視覺感覺，雷射雷達與攝像頭融合，帶來資訊擷取能力的提升，算法要求得以降低，行駛安全也會多一份保障。
自動駕駛一定是未來出行的主流，雷射雷達是自動駕駛汽車的一雙“眼睛”，在不遠的未來會成為每輛智能汽車的标配。雷射雷達要想成為“車規”級産品，必須要同時滿足“成本夠低”、“可靠”以及“可量産”三個重要條件。
· 九 ·
搭載雷射雷達車型彙總
小鵬P5、蔚來ET7、阿爾法S華為HI版、智己L7、寶馬iX、AITO問界、威馬M7
1
● 小鵬P5
【雷射雷達品牌】大疆Livox
【數量】2
【縱向線束】等效144線
2
● 蔚來ET7
【雷射雷達品牌】Innovusion（圖達通）
【數量】1
【縱向線束】等效300線
3
● 極狐阿爾法S 華為HI
【雷射雷達品牌】華為
【數量】3
【縱向線束】96線
4
● 智己L7
【縱向線束】預計等效300線
5
● 寶馬iX
6
● AITO問界
【縱向線束】預計等效96線
7
● 威馬M7
【雷射雷達品牌】Innoviz
【縱向線束】等效504線
更多搭載雷射雷達車型：
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長城WEY摩卡、上汽飛凡R7、哪吒S、蔚來ET5、埃安LX Plus、沙龍機甲龍、奧迪A8、奔馳EQS、長安放舟架構、本田Legend、沃爾沃XC90、Lucid Air等。
· 寫在最後 ·
編輯總結
不管怎樣，目前雷射雷達是自動駕駛進階的最佳選擇，半固态雷射雷達是當下，純固态雷射雷達是未來，不排除随着技術的發展還有更好的替代産品出現，但目前看這已是我們所能看到的邊際了。至于，活在當下的半固态雷射雷達中哪個是主力，這就要看誰更能滿足“成本夠低”、“可靠”、“可量産”這三個重要條件了。