激光雷達也有等級之分，種類比數(shù)量更重要！

隨著激光雷達成本的降低，越來越多的車型開始搭載這一先進的感知硬件。比如，不到12萬的零跑B10用上了激光雷達，華為系的多款新車甚至還用上了四顆激光雷達。




然而，很多人不知道的是，不同車輛所采用的激光雷達種類不同，性能和成本上也存在較大差異。今天，我們就來聊聊激光雷達的分類和差異。


激光雷達的基本原理


顧名思義，激光雷達是利用激光探測目標的雷達。




在相同介質(zhì)下，光速是固定的。通過測量激光發(fā)射和反射回來的時間差，可以計算車輛與障礙物的距離。當激光束數(shù)量增加，我們就能獲取更多的距離數(shù)據(jù)。也就是通過激光掃描，就得到障礙物的位置信息和輪廓，并分辨其類型。




如果按照激光的掃描方式進行分類，目前的車載激光雷達被會分為三類：機械式激光雷達、半固態(tài)激光雷達和全固態(tài)激光雷達。


這里需要說明的是，激光雷達的“固態(tài)”并非與“液態(tài)”相對，而是指雷達內(nèi)部運動部件的多少。機械式激光雷達運動部件最多，半固態(tài)有部分運動部件，全固態(tài)則無運動部件。


激光雷達的性能指標


為了讓大家理解各種激光雷達的不同，我們還得先了解下激光類的重要性能指標。


第一個是線數(shù)。




它指的是激光雷達發(fā)射出的激光數(shù)量，線數(shù)越多，越能準確識別較細小物體。最早的車載激光雷達僅支持4線，而現(xiàn)在128線、192線都很常見了。


第二個是探測距離和角度。




這兩個參數(shù)組合起來就是激光雷達可探測的范圍。探測距離越長，激光雷達看得越遠，駕駛輔助系統(tǒng)就越有可能提前做出反應(yīng)，更大程度上規(guī)避風(fēng)險。行業(yè)內(nèi)會采用激光雷達的有效探測距離作為對比，也就是10%反射率前提下的探測距離。探測角度則分為橫向和垂向，角度越大，看得越廣，盲區(qū)也就越少。


第三個是角分辨率。




角分辨率指的是相鄰兩個激光掃描點之間的角度間隔，角分辨率越小，單位空間角內(nèi)分布的激光點數(shù)就越多，其對于物體的分辨能力就會越強。


了解了這幾個重要性能指標，我們就可以看看每種激光雷達的具體表現(xiàn)了。


機械式激光雷達


機械式激光雷達算是最早應(yīng)用在智能駕駛上的感知硬件了，同時，我們對激光雷達成本高的印象，也來自于它。價格穩(wěn)定時期，機械式激光雷達的成本都高達到5000美元。




但機械式激光雷達有一點無法替代，那就是它的感知角度是360° 無死角的。


能有這樣的優(yōu)勢，還得從機械式激光雷達的原理講起。這類激光雷達的發(fā)射器和接收器都安裝在旋轉(zhuǎn)部件上，能通過電機和轉(zhuǎn)臺帶動光機結(jié)構(gòu)整體 360° 旋轉(zhuǎn)，因此能對周圍環(huán)境進行橫向全方位的掃描。




同時，機械式激光雷達的其它性能也比較強，以禾賽科技的Pandar128為例，它的線數(shù)為128線，而且在10%反射率的前提下，能夠探測到200米的距離，角分辨率為0.1°×0.125° 。




機械式激光雷達體積大、成本高，且運動部件多，維護工作量大，因此目前僅用于自動駕駛測試車，尚未應(yīng)用于量產(chǎn)乘用車。


半固態(tài)激光雷達


半固態(tài)激光雷達是我們最熟悉的一種，它就是車頂?shù)哪莻�“犄角”。




半固態(tài)激光雷達只有部分運動器件，比如轉(zhuǎn)鏡、棱鏡、振鏡等，成本相對較低，尤其是在國內(nèi)供應(yīng)商的努力下，半固態(tài)雷達的成本已經(jīng)降至200美元左右。




因為只有部分器件可運動，半固態(tài)激光雷達的探測角度有限，一般是橫向120°，垂向20°以上。車企們通常把它放在車頭，車側(cè)和車尾的盲區(qū)一般用毫米波雷達和攝像頭來補齊。


為了適配不同的車型和算法，半固態(tài)激光雷達會有不同的性能表現(xiàn)。比如零跑B10采用的激光雷達，線數(shù)為128線；而華為的能達到192線。而華為的192線激光雷達在10%反射率下，探測距離可達180米；零跑B10的探測距離為210米；一些超遠距半固態(tài)激光雷達則能達到400米。角分辨率方面，現(xiàn)在主流的半固態(tài)激光雷達一般在0.2°×0.2°以內(nèi)。




綜合來看，半固態(tài)激光雷達在成本和性能上較為平衡，是目前量產(chǎn)車中最主流的選擇。


全固態(tài)激光雷達


最近，華為系的很多新車都用上了四顆激光雷達，在這個配置里，除了車頭的一顆半固態(tài)以外，其余三顆都是全固態(tài)激光雷達。




全固態(tài)激光雷達取消了所有運動部件，依靠半導(dǎo)體技術(shù)實現(xiàn)光束的發(fā)射、掃描和接收。目前，全固態(tài)激光雷達主要有Flash和OPA兩種技術(shù)路線，但量產(chǎn)的全固態(tài)激光雷達幾乎都采用Flash技術(shù)，這里就不再對兩種技術(shù)路線具體介紹了。


全固態(tài)的結(jié)構(gòu)最為簡單，因此體積更小，可靠性更高，成本也更低。國內(nèi)的激光雷達頭部供應(yīng)商速騰聚創(chuàng)曾表示：他家固態(tài)激光雷達的成本，還不到半固態(tài)的一半。也正因為這些優(yōu)勢，全固態(tài)一直被業(yè)內(nèi)視為激光雷達的發(fā)展方向。


但現(xiàn)實是，現(xiàn)在的全固態(tài)還取代不了半固態(tài)。




這主要是因為全固態(tài)激光雷達的探測距離較短，在10%反射率的前提下，只能做到25–30米的探測距離，放在車頭是遠遠不夠的。因此，全固態(tài)激光雷達只能作為半固態(tài)的輔助，放在車側(cè)和車尾進行補盲。




由于用于補盲，工程師可以在性能上做一些取舍。例如，將垂向探測角度增大到75°甚至90°，以便車輛能夠識別距離車身較近且較低矮的障礙物，但這也犧牲了一定的精度。比如，禾賽科技的FT120固態(tài)激光雷達，角分辨率只有0.625°×0.625° ，比半固態(tài)“粗糙”很多。


寫在最后


總之，不同激光雷達基于不同原理，性能上各有差異，各有優(yōu)勢。但無論哪種激光雷達，無論數(shù)量多少，只有與算法相結(jié)合，才能發(fā)揮出最佳效果。