激光雷达划分为4个系统:激光发射、扫描系统、激光接收、信息处理。发射靠驱动激光器发射激光脉冲,通过高速控制器控制方向和线数。性能和成本主要是在光源上进行优化。
扫描系统以稳定的旋转速度或者mems的方式,实现平面扫描。
激光接收系统主要是光电探测器,接收目标物体反射回来的激光,产生接收信号。
信息处理系统,信号需要经过放大处理和转换。由信息处理系统的模块计算获取目标的表面的形态,对扫描的物体建模。
性能评价:线数、方位角、扫描帧数、角分辨率、测量精度、探测距离等。核心指标是探测距离和探测角度。

机械式是相对成熟传统的技术路径,原理简单,通过一定速度旋转+马达机械式结构实现水平方向360度扫描,垂直方向定向分布式光源扫描。优势是技术成熟扫描速度快,抗光干扰能力强,性价比高,能360度全景扫描,可做主雷达使用。劣势是线数对应一个激光收发部件,线数增加成本成倍上升;数十光源精准定位安装需要一定经验的人工能力,资深工程师才能做,所以价格昂贵。量产可能性低,很难自动化生产,需要资深和有经验的工程师;增加线数需要堆叠器件,生产周期长,velodyne交货周期6个月以上;元器件增多后可靠性受到挑战。代表企业是velodyne,法雷奥;国内是禾赛科技和速腾。
Flash使用脉冲光源一次性覆盖市场,利用ToF计算并绘制地图,很多手机摄像头在用,成本较低。功率不能做得很大,不然对人员造成伤害,多用于近距离场景,AGV、机器人使用多。优势是原理简单成本低,劣势是串扰大。车载用于补盲是一种方案,但放在前向要80-100米不是好的路径。
从上车综合成本、性能看预期更高的是MEMS,原理是机械结构通过微电子工艺归集在芯片上大规模生产,芯片上有体积小的微振镜,加一个铝结构来发射光线,实现扫描角度和大的探测范围。改变了扫描方式,发射端接收端芯片架构上做改造和优化,优点是轻量化低成本可量产,技术路径上少量的收发单元,而且通过MEMS微振镜来反射激光器光束实现3d扫描,对激光器和探测器需求明显减少,成本低。可以针对重点物体的重点扫描,实现算法补偿,探测距离可达120-200米,好的产品可以牺牲角度达到300-500米,比如说Luminar的产品。劣势是技术性能有差距,探测距离和角度之间有tradeoff。机械式可以通过光束收发的叠加实现扫描光束的增多,增加激光就能增加距离。用在近距离补盲和前向角度要求不高的场景还是ok的。只有l4以上对360度机械式激光雷达扫描有要求,很多车厂自动驾驶系统是多融合系统,视觉和毫米波都有,激光雷达前向有200米以上、探测角度60度都能接受了。激光雷达公司都在提升、探测距离和角度两个核心指标
纯固态只有OPA,控制光源相位差利用干涉原理控制波速方向,通过电信号改变激光位相,通过干涉的相长或相消形成可控的单一角度,扫描不同角度只需要电信号,不需要任何机械结构实现机械式的扫描效果。落地很难。可以省去机械扫描结构,做到类似机械式的全景扫描,预期是最终技术路径,但是技术难度大,底层工艺的稳定性很重要。OPA的波导控制都需要改变底层结构,半导体的材料有突破才能实现。目前优点是性价比高,功率低,将来扫描性能好;但是激光调试、信号处理的运算量很大,元器件成本高,实现难度比较大。最终解决方案还需要5-10年,需要上游供应商技术的成熟。

主流技术路径:机械式,固态的Flash和MEMS等。
特殊技术路径:大疆和小鹏,大疆激光光源减小了1个,通过特殊的扫描方式实现高程度降本;Ouster通过光源替换和自研的毫米芯片大幅提升接收敏感度,提高探测路径。
总体来说技术路径没有收敛,权衡上车成本和核心指标后,基本定点在机械式、MEMS等三种方案多。

2、光源激光器、探测器等等成本构成
目前各家路线不同,发射端激光器、MEMS振镜、芯片、电路板,占30%左右,激光器浮动大,取决于是905还是150光源,另外mems振镜,速腾等在振镜上做很多工作,振镜半径从1-2mm提升到5-7mm,接收反射光接收面大了。发射端是主要成本构成。
接收端,芯片和接收板,占20%-30%,有所浮动,因为芯片不同。
外壳结构件10%,光学部件透镜等10%。
MEMS装调等人工费用10%,机械式人工费用50%。

来源:投研锋向