激光雷達（LiDAR）的產(chǎn)業(yè)化熱潮來源于自動駕駛汽車的強烈需求,。在美國汽車工程師學(xué)會（SAE）定義的L3級及以上的自動駕駛汽車之中,，作為3D視覺傳感器的激光雷達彰顯了其重要地位，為自動駕駛的安全性提供了有力保障,。因此,，激光雷達成為了產(chǎn)業(yè)界和資本界追逐的“寵兒”,，投資和并購消息層出不窮。很多老牌整車廠和互聯(lián)網(wǎng)巨頭都展開了車載激光雷達的“軍備競賽”,。近期,，MEMS激光雷達技術(shù)發(fā)展最為活躍,，并且吸引了大多數(shù)投資，同時寶馬宣布將于2021年推出集成MEMS激光雷達的自動駕駛汽車,。
不同自動駕駛等級對傳感器的需求分析（數(shù)據(jù)來源：Yole）
伴隨著自動駕駛熱度上升,，激光雷達相關(guān)新聞鋪天蓋地襲來。但是這項在自動駕駛領(lǐng)域尚不成熟的3D視覺技術(shù),，不僅公開技術(shù)資料稀缺,，而且企業(yè)和媒體關(guān)于各種激光雷達的分類和稱謂表達五花八門，例如：機械式,、固態(tài),、全固態(tài)、混合固態(tài),；又如：MEMS（微機電系統(tǒng)）,、OPA（光學(xué)相控陣）、Flash（閃光）,；亦如：FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）,、脈沖波；還如：飛行時間法,、三角測距法等,。這些稱謂常常讓圈內(nèi)圈外的人士感到困惑。
當(dāng)我們在交流“直接／間接飛行時間法,、三角測距法”等概念時,，這實際上是激光雷達的“測距原理”維度；而談及“機械式,、MEMS,、OPA、Flash”等關(guān)鍵詞時,，這屬于激光雷達的“光束操縱”維度,；無論是905nm還是1550nm的波長，還是邊發(fā)射激光器（EEL）或垂直腔面發(fā)射激光器（VCESL）,，這是從激光雷達的“光源”維度交流問題,；而涉及PIN、APD（雪崩光電二極管）／SPAD（單光子雪崩二極管）,、SiPM（硅光電培增管）,，或是單點、線陣,、面陣,，則是從激光雷達的“探測器”維度分析技術(shù)。
掌握不同類型激光雷達技術(shù)路線及“硬核”
按照光束操縱方式分類，激光雷達主要分為機械式激光雷達,、MEMS激光雷達,、OPA激光雷達和Flash激光雷達。觀察目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況,，MEMS和Flash技術(shù)更受到激光雷達廠商的青睞,，有望逐步取代機械式激光雷達。
MEMS微鏡作為MEMS激光雷達的核心元器件,，毫米級尺寸大大減少了激光雷達的體積,，幫助系統(tǒng)擺脫了笨重的馬達等機械式裝置；同時,，MEMS微鏡的引入大大減少激光器和探測器數(shù)量,，極大地降低整體成本；在投影顯示領(lǐng)域商用化應(yīng)用多年的經(jīng)歷及近期在汽車領(lǐng)域的努力,，讓業(yè)界對MEMS微鏡的成熟度更為認(rèn)可,。但是，MEMS微鏡尺寸的縮小又限制了MEMS激光雷達的光學(xué)口徑,、掃描角度,，視場角也會變小,；如何通過車規(guī)也是MEMS微鏡面臨的巨大挑戰(zhàn),。
OPA激光雷達無需任何機械部件就可以實現(xiàn)對光束的操縱，曾一度被業(yè)界看好,。但核心元器件——OPA芯片的納米加工難度非常高,。以Quanergy為代表的OPA激光雷達廠商不斷修正其產(chǎn)品的量產(chǎn)時間和最遠測距范圍。
Flash激光雷達被視為最終的主流技術(shù)路線,。Flash激光雷達技術(shù)利用激光器同時照亮整個場景,，如何提高接收端每個像素可接收的能量，從而實現(xiàn)遠距離探測,，這對線陣／面陣探測器技術(shù)提出了極高要求,。
FMCW激光雷達另辟蹊徑：測距又測速
調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）激光雷達采用基于光源頻率調(diào)制的間接飛行時間法，通過比較任意時刻反射信號頻率與此時刻發(fā)射信號頻率的之差方法來得到目標(biāo)的距離信息,。該激光雷達類型與上述四種激光雷達（按照光束操縱方式分類）不一樣,，是從光源波形角度進行分類的。FMCW激光雷達的光源信號調(diào)制主要包括三角波調(diào)制,、鋸齒波調(diào)制,、正弦波調(diào)制等方式。由于正弦波調(diào)制檢測物體時需要調(diào)節(jié)信號頻偏,，大多應(yīng)用于只有一個探測目標(biāo)的情況,，比如高度計,。如果希望FMCW激光雷達檢測多個目標(biāo)的距離和速度等信息,，通常采用三角波調(diào)制,。
FMCW激光雷達的光源信號采用三角波調(diào)制時，通過測量fB1和fB2就可確定與反射目標(biāo)的距離及其徑向速度
FMCW激光雷達采用相干測量技術(shù),。相干測量又稱光外差探測,。激光器發(fā)出的光經(jīng)分束器后分為兩束，一束作為本振光,，另一束在調(diào)制后經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)照射到目標(biāo)物體上,，反射回來的光（信號光），與本振光在光電探測器上混頻,。相干測量具有轉(zhuǎn)換增益高,、獲得光信號全部信息（振幅、頻率,、相位）,、對背景光濾波性能高、可探測微弱信號等優(yōu)勢,。在相干測量中,，為了獲得最佳的信噪比，需要足夠高的本振光功率,，這對激光器的要求非常高（窄線寬激光頻率線性調(diào)諧）,，同時也需要平衡光電探測器。平衡光電探測器利用在同一探測系統(tǒng)中放置兩組探測器件,，分別將本振光和信號光輸入到光電二極管中,，將光信號轉(zhuǎn)化為電信號，然后經(jīng)過減法器運算,，輸出外差信號,。