激光雷達(dá)（LiDAR）的產(chǎn)業(yè)化熱潮來(lái)源于自動(dòng)駕駛汽車(chē)的強(qiáng)烈需求,。在美國(guó)汽車(chē)工程師學(xué)會(huì)（SAE）定義的L3級(jí)及以上的自動(dòng)駕駛汽車(chē)之中,，作為3D視覺(jué)傳感器的激光雷達(dá)彰顯了其重要地位，為自動(dòng)駕駛的安全性提供了有力保障,。因此，激光雷達(dá)成為了產(chǎn)業(yè)界和資本界追逐的“寵兒”，投資和并購(gòu)消息層出不窮,。很多老牌整車(chē)廠和互聯(lián)網(wǎng)巨頭都展開(kāi)了車(chē)載激光雷達(dá)的“軍備競(jìng)賽”。近期,，MEMS激光雷達(dá)技術(shù)發(fā)展最為活躍,，并且吸引了大多數(shù)投資，同時(shí)寶馬宣布將于2021年推出集成MEMS激光雷達(dá)的自動(dòng)駕駛汽車(chē),。
不同自動(dòng)駕駛等級(jí)對(duì)傳感器的需求分析（數(shù)據(jù)來(lái)源：Yole）
伴隨著自動(dòng)駕駛熱度上升,，激光雷達(dá)相關(guān)新聞鋪天蓋地襲來(lái)。但是這項(xiàng)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域尚不成熟的3D視覺(jué)技術(shù),，不僅公開(kāi)技術(shù)資料稀缺,，而且企業(yè)和媒體關(guān)于各種激光雷達(dá)的分類(lèi)和稱(chēng)謂表達(dá)五花八門(mén)，例如：機(jī)械式,、固態(tài),、全固態(tài),、混合固態(tài)；又如：MEMS（微機(jī)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(shí)間法、三角測(cè)距法等,。這些稱(chēng)謂常常讓圈內(nèi)圈外的人士感到困惑,。
當(dāng)我們?cè)诮涣鳌爸苯樱g接飛行時(shí)間法、三角測(cè)距法”等概念時(shí),，這實(shí)際上是激光雷達(dá)的“測(cè)距原理”維度,；而談及“機(jī)械式、MEMS,、OPA,、Flash”等關(guān)鍵詞時(shí)，這屬于激光雷達(dá)的“光束操縱”維度,；無(wú)論是905nm還是1550nm的波長(zhǎng),，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(dá)的“光源”維度交流問(wèn)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(diǎn),、線陣、面陣,，則是從激光雷達(dá)的“探測(cè)器”維度分析技術(shù),。
掌握不同類(lèi)型激光雷達(dá)技術(shù)路線及“硬核”
按照光束操縱方式分類(lèi)，激光雷達(dá)主要分為機(jī)械式激光雷達(dá),、MEMS激光雷達(dá),、OPA激光雷達(dá)和Flash激光雷達(dá)。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(dá)廠商的青睞,，有望逐步取代機(jī)械式激光雷達(dá)。
MEMS微鏡作為MEMS激光雷達(dá)的核心元器件,，毫米級(jí)尺寸大大減少了激光雷達(dá)的體積,，幫助系統(tǒng)擺脫了笨重的馬達(dá)等機(jī)械式裝置；同時(shí),，MEMS微鏡的引入大大減少激光器和探測(cè)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(chē)領(lǐng)域的努力，讓業(yè)界對(duì)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(dá)的光學(xué)口徑、掃描角度,，視場(chǎng)角也會(huì)變?。蝗绾瓮ㄟ^(guò)車(chē)規(guī)也是MEMS微鏡面臨的巨大挑戰(zhàn),。
OPA激光雷達(dá)無(wú)需任何機(jī)械部件就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)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(dá)廠商不斷修正其產(chǎn)品的量產(chǎn)時(shí)間和最遠(yuǎn)測(cè)距范圍,。
Flash激光雷達(dá)被視為最終的主流技術(shù)路線。Flash激光雷達(dá)技術(shù)利用激光器同時(shí)照亮整個(gè)場(chǎng)景,，如何提高接收端每個(gè)像素可接收的能量,，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測(cè)，這對(duì)線陣／面陣探測(cè)器技術(shù)提出了極高要求,。
FMCW激光雷達(dá)另辟蹊徑：測(cè)距又測(cè)速
調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）激光雷達(dá)采用基于光源頻率調(diào)制的間接飛行時(shí)間法,，通過(guò)比較任意時(shí)刻反射信號(hào)頻率與此時(shí)刻發(fā)射信號(hào)頻率的之差方法來(lái)得到目標(biāo)的距離信息,。該激光雷達(dá)類(lèi)型與上述四種激光雷達(dá)（按照光束操縱方式分類(lèi)）不一樣,，是從光源波形角度進(jìn)行分類(lèi)的。FMCW激光雷達(dá)的光源信號(hào)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(cè)物體時(shí)需要調(diào)節(jié)信號(hào)頻偏,，大多應(yīng)用于只有一個(gè)探測(cè)目標(biāo)的情況,，比如高度計(jì)。如果希望FMCW激光雷達(dá)檢測(cè)多個(gè)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(dá)的光源信號(hào)采用三角波調(diào)制時(shí)，通過(guò)測(cè)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(dá)采用相干測(cè)量技術(shù),。相干測(cè)量又稱(chēng)光外差探測(cè),。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(lái)的光（信號(hào)光），與本振光在光電探測(cè)器上混頻,。相干測(cè)量具有轉(zhuǎn)換增益高,、獲得光信號(hào)全部信息（振幅,、頻率、相位）,、對(duì)背景光濾波性能高,、可探測(cè)微弱信號(hào)等優(yōu)勢(shì)。在相干測(cè)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(duì)激光器的要求非常高（窄線寬激光頻率線性調(diào)諧）,，同時(shí)也需要平衡光電探測(cè)器,。平衡光電探測(cè)器利用在同一探測(cè)系統(tǒng)中放置兩組探測(cè)器件，分別將本振光和信號(hào)光輸入到光電二極管中,，將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),，然后經(jīng)過(guò)減法器運(yùn)算，輸出外差信號(hào),。