Velodyne LiDAR高級工程師剖析：混合固態激光雷達的關鍵技術 | 未來汽車大講堂

激光雷達並非是近幾年才出現的新興產品。

早在上世紀六十年代，美國加利福尼亞州休斯航空公司實驗室的研究員西奧多·梅曼等人就研製成功世界上第一台激光雷達，激光作為一種全新的測量工具開始受到極大的關注。

上世紀七十年代，阿波羅15號使用激光雷達測量月球表面，此時激光雷達因其高精度而為世人所知。九十年代，以激光雷達三位掃描儀為代表的激光雷達真正實現商業化，從此進入一個高速發展期。

到了2005年，美國國防部高級研究計劃署（DARPA）舉辦了一場無人駕駛挑戰賽，激光雷達首次亮相與無人駕駛技術。很多人從這次比賽中開始認識激光雷達。

今天，激光雷達已經成為無人駕駛風口浪尖的弄潮兒，受到行業極大地關注。

由雷鋒網· 新智駕（公眾號AI-Drive）聯合雷鋒網 · AI慕課學院、網易雲課堂企業版舉辦的未來汽車大講堂，以《Velodyne LiDAR高級工程師剖析：混合固態激光雷達的關鍵技術》為主題的課程如期上線，講師是清華大學光學博士、Velodyne LiDAR高級工程師梅佳偉。

雷達（RADAR-Radio detection and ranging）是無線電探測和測距， 即發射電磁波對目標進行照射並接收其回波，由此獲得目標的距離、速 度、方位、高度等信息。

傳統的雷達是以微波作為載波的雷達，大約出現在1935年；

按雷達頻段分，可分為超視距雷達、微波雷達、毫米波雷達以及激光雷達等。

*頻段分布圖

激光雷達是一種通過發射激光束探測目標的位置、速度等特徵量的雷達系統——激光波段位於0.5μm-10μm，以光電探測器為接收器件，以光學望遠鏡為天線

激光雷達英文名稱為LiDAR(Light Detection and Ranging)，也稱Laser Radar或LADAR (Laser Detection and Ranging)。

激光雷達因為激光波長短，準直性高，使得激光雷達性能優異：角解析度和距離解析度高、抗干擾能力強、能獲得目標多種圖像信息(深度、反射率等)、體積小、質量輕。

目前激光雷達廣泛應用在測繪、氣象監測、安防、無人駕駛等領域。

激光雷達是傳統雷達技術與現代激光技術相結合的產物。它的基本原理是：向被測目標發射探測信號（激光束），然後測量反射或散射信號 的到達時間、強弱程度等參數，以確定目標的距離、方位、 運動狀態及表面光學特性。

通過Google Scholar檢索「LiDAR」，可以看到歷年學術論文發表數量，我們可以發現從2007年到2016年這十年間，關於激光雷達研究的論文在逐步增長，但趨勢在放緩。

再看另外一組數據，在Google Patent通過檢索「LiDAR」歷年專利申請數量，我們發現從2007年到2016年激光雷達的專利申請呈現的是指數級增長。

通過這兩組數據的對比，我們看到一個趨勢是：激光雷達目前已經從實驗室逐步走向產業界，行業的研究人員也將目光聚焦在研製適合實際生產應用的激光雷達產品。

所以，激光雷達的市場化趨勢加快，蘊含巨大的技術和商業價值。

以無人駕駛領域為例，據國外調研機構的分析預測，2015年全球汽車激光雷達市場規模約為0.62億美元，預計2020年將達到2.7億美元左右，2016到2020年將以34%年複合成長率增長。

激光雷達工作原理

激光雷達是以激光器為輻射源的雷達，它是在微波雷達技術基礎上發展起來的，兩者在工作原理和結構上有許多相似之處，如工作原理相同（探測回波信號）、基本結構相同（包括發射、接收、處理）、信號處理（基本沿用微波雷達的成熟技術）。

與激光雷達與微波雷達的不同之處在於，前者的工作頻段由無線電頻段變成光頻段，微波天線由光學望遠鏡替代，並用光電探測器將光信號轉換為電信號後進行處理。

*激光雷達技術指標

激光雷達系統由四大基本單元構成：

• 發射單元：激光器、發射光學系統;

• 接收單元：接受光學系統、光學濾光裝置、光電探測器;

• 控制單元：控制器、邏輯電路;

• 信號處理單元：信號處理、數字校準與輸出 ;

激光雷達關鍵技術

激光雷達融合了激光、大氣光學、雷達、光機電一體化和信號處理等諸多領域技術。梅佳偉總結了激光雷達需要突破的關鍵技術（如下圖）。

……（未完，詳情請點擊《未來汽車大講堂第三期》）

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