激光雷達(dá)也有等級(jí)之分，種類比數(shù)量更重要！

隨著激光雷達(dá)成本的降低，越來(lái)越多的車型開(kāi)始搭載這一先進(jìn)的感知硬件。比如，不到12萬(wàn)的零跑B10用上了激光雷達(dá)，華為系的多款新車甚至還用上了四顆激光雷達(dá)。




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


激光雷達(dá)的基本原理


顧名思義，激光雷達(dá)是利用激光探測(cè)目標(biāo)的雷達(dá)。




在相同介質(zhì)下，光速是固定的。通過(guò)測(cè)量激光發(fā)射和反射回來(lái)的時(shí)間差，可以計(jì)算車輛與障礙物的距離。當(dāng)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(guò)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(jìn)行分類，目前的車載激光雷達(dá)被會(huì)分為三類：機(jī)械式激光雷達(dá)、半固態(tài)激光雷達(dá)和全固態(tài)激光雷達(dá)。


這里需要說(shuō)明的是，激光雷達(dá)的“固態(tài)”并非與“液態(tài)”相對(duì)，而是指雷達(dá)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)部件的多少。機(jī)械式激光雷達(dá)運(yùn)動(dòng)部件最多，半固態(tài)有部分運(yùn)動(dòng)部件，全固態(tài)則無(wú)運(yùn)動(dòng)部件。


激光雷達(dá)的性能指標(biāo)


為了讓大家理解各種激光雷達(dá)的不同，我們還得先了解下激光類的重要性能指標(biāo)。


第一個(gè)是線數(shù)。




它指的是激光雷達(dá)發(fā)射出的激光數(shù)量，線數(shù)越多，越能準(zhǔn)確識(shí)別較細(xì)小物體。最早的車載激光雷達(dá)僅支持4線，而現(xiàn)在128線、192線都很常見(jiàn)了。


第二個(gè)是探測(cè)距離和角度。




這兩個(gè)參數(shù)組合起來(lái)就是激光雷達(dá)可探測(cè)的范圍。探測(cè)距離越長(zhǎng)，激光雷達(dá)看得越遠(yuǎn)，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(xiǎn)。行業(yè)內(nèi)會(huì)采用激光雷達(dá)的有效探測(cè)距離作為對(duì)比，也就是10%反射率前提下的探測(cè)距離。探測(cè)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(gè)是角分辨率。




角分辨率指的是相鄰兩個(gè)激光掃描點(diǎn)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(diǎn)數(shù)就越多，其對(duì)于物體的分辨能力就會(huì)越強(qiáng)。


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


機(jī)械式激光雷達(dá)


機(jī)械式激光雷達(dá)算是最早應(yīng)用在智能駕駛上的感知硬件了，同時(shí)，我們對(duì)激光雷達(dá)成本高的印象，也來(lái)自于它。價(jià)格穩(wěn)定時(shí)期，機(jī)械式激光雷達(dá)的成本都高達(dá)到5000美元。




但機(jī)械式激光雷達(dá)有一點(diǎn)無(wú)法替代，那就是它的感知角度是360° 無(wú)死角的。


能有這樣的優(yōu)勢(shì)，還得從機(jī)械式激光雷達(dá)的原理講起。這類激光雷達(dá)的發(fā)射器和接收器都安裝在旋轉(zhuǎn)部件上，能通過(guò)電機(jī)和轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)光機(jī)結(jié)構(gòu)整體 360° 旋轉(zhuǎn)，因此能對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行橫向全方位的掃描。




同時(shí)，機(jī)械式激光雷達(dá)的其它性能也比較強(qiáng)，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(cè)到200米的距離，角分辨率為0.1°×0.125° 。




機(jī)械式激光雷達(dá)體積大、成本高，且運(yùn)動(dòng)部件多，維護(hù)工作量大，因此目前僅用于自動(dòng)駕駛測(cè)試車，尚未應(yīng)用于量產(chǎn)乘用車。


半固態(tài)激光雷達(dá)


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




半固態(tài)激光雷達(dá)只有部分運(yùn)動(dòng)器件，比如轉(zhuǎn)鏡、棱鏡、振鏡等，成本相對(duì)較低，尤其是在國(guó)內(nèi)供應(yīng)商的努力下，半固態(tài)雷達(dá)的成本已經(jīng)降至200美元左右。




因?yàn)橹挥胁糠制骷�可運(yùn)動(dòng)，半固態(tài)激光雷達(dá)的探測(cè)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(dá)和攝像頭來(lái)補(bǔ)齊。


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




綜合來(lái)看，半固態(tài)激光雷達(dá)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(dá)


最近，華為系的很多新車都用上了四顆激光雷達(dá)，在這個(gè)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(dá)。




全固態(tài)激光雷達(dá)取消了所有運(yùn)動(dòng)部件，依靠半導(dǎo)體技術(shù)實(shí)現(xiàn)光束的發(fā)射、掃描和接收。目前，全固態(tài)激光雷達(dá)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(dá)幾乎都采用Flash技術(shù)，這里就不再對(duì)兩種技術(shù)路線具體介紹了。


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


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




這主要是因?yàn)槿�固態(tài)激光雷達(dá)的探測(cè)距離較短，在10%反射率的前提下，只能做到25–30米的探測(cè)距離，放在車頭是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。因此，全固態(tài)激光雷達(dá)只能作為半固態(tài)的輔助，放在車側(cè)和車尾進(jìn)行補(bǔ)盲。




由于用于補(bǔ)盲，工程師可以在性能上做一些取舍。例如，將垂向探測(cè)角度增大到75°甚至90°，以便車輛能夠識(shí)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(dá)，角分辨率只有0.625°×0.625° ，比半固態(tài)“粗糙”很多。


寫(xiě)在最后


總之，不同激光雷達(dá)基于不同原理，性能上各有差異，各有優(yōu)勢(shì)。但無(wú)論哪種激光雷達(dá)，無(wú)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。