一、激光雷達是一種用於精確獲得三維位置信息的傳感器
激光雷達，即光學雷達、光達（LiDAR），是一種用於精確獲得三維位置信息的傳感器，其在機器中的作用相當於人類的眼睛，能夠確定物體的位置、大小、外部形貌甚至材質。
它通過測量激光信號的時間差、相位差確定距離，通過水平旋轉掃描或相控掃描測角度，並根據這兩個數據建立二維的極座標系；再通過獲取不同俯仰角度的信號獲得第三維的高度信息。高頻激光可在一秒內獲取大量（106-107 數量級）的位置點信息（稱為點雲），並根據這些信息進行三維建模。除了獲得位置信息外，它還可通過激光信號的反射率初步區分不同材質。
激光雷達測量技術示意圖
二、激光雷達工作原理
激光雷達（LiDAR）能釋放多束激光，接收物體反射信號，計算目標與自身的距離。應用較多的是利用反射信號的折返時間計算距離（Time of Flight），也有連續波調頻（CWFM）方法。與雷達和攝像頭相比，激光雷達可以通過多束激光高頻發射獲取的反射數據形成周邊物體的高清3D的“點雲”圖像。
激光雷達原理
激光雷達主要優點是能對周邊物體進行建模形成高清3D圖像，以便計算機進行快速識別和決策。但在不良天氣條件下精度將會下降，以及無法辨別物體屬性。
激光雷達效果
三、激光雷達優缺點
激光雷達優點：
- 1.形成周邊物體高清3D圖像；
- 2.數據量較小，便於快速決策；
- 3.探測距離較長，最遠達300m。
激光雷達缺點：
- 1.雨雪、霧霾天氣精度下降；
- 2.激光雷達難以分辨交通標誌的含義和紅綠燈顏色；
- 3.激光雷達接收的是光信號，容易受太陽光、其他車輛的激光雷達等光線影響；
- 4.目前激光雷達成本較高。
四、固態激光雷達分類及技術路線
我們看到自動駕駛測試車車頂上較複雜的圓柱形裝置，即為機械式激光雷達。雖然目前測試車輛大多為機械式，但是它們調試、裝配工藝複雜，生產週期長，成本居高不下，並且機械部件壽命不長（約1000-3000小時），難以滿足苛刻的車規級要求（至少1萬小時以上），因此激光雷達量產商都在著手開發性能更好、體積更小、集成化程度更高、並且成本更低的激光雷達，由混合固態過渡到純固態激光雷達是必然的技術發展路線。
機械式激光雷達
混合固態激光雷達在產品外形上不存在機械旋轉的部件，但內部實際存在小巧的機械旋轉掃描系統，作為到固態激光雷達的過渡階段，近幾年量產的產品都屬於混合固態激光雷達。
固態激光雷達由於不存在旋轉的機械結構，所有的激光探測水平和垂直視角都是通過電子方式實現的，並且由於裝配調試可以實現自動化，能夠量產大幅降低成本，也提高了設備的耐用性，固態激光雷達是必然的技術發展路線。不過固態激光雷達的技術路線尚未定型，主要分為MEMS、OPA和3DFlash三類。
1、MEMS激光雷達
原理：MEMS激光雷達通過在硅基芯片上集成的MEMS微振鏡來代替傳統的機械式旋轉裝置，由微振鏡反射激光形成較廣的掃描角度和較大的掃描範圍。
MEMS激光雷達原理
MEMS激光雷達原理
優點：MEMS微振鏡相對成熟，可以以較低的成本和較高的準確度實現固態激光掃描（只有微小的微振鏡振動），並且可以針對需要重點識別的物體進行重點掃描，落地快；
缺點：並沒有解決接收端的問題，光路較複雜，仍然存在微振鏡的振動，這個結構會影響整個激光雷達部件的壽命，並且激光掃描受微振鏡面積限制，與其他技術路線在掃描範圍上有一定差距。
典型企業和產品：Velodyne的Velarray系列，LeddarTech，innoluce，Innoviz，Fujitsu, Toyota，Draper。
2、光學相控陣OPA-Optical Phased Array激光雷達
原理：光學相控陣OPA固態激光雷達原理是多處振動產生的波相互疊加，有的方向互相增強，有的方向抵消，採用多個光源組成陣列，通過控制各光源發射的時間差，可以合成角度靈活、精密可控的主光束。
OPA激光雷達原理
優點：沒有任何機械部件，結構相對簡單，精度高，體積小，成本低。
缺點：在主光束以外會形成“旁瓣”，到時能量分散，並且陣列單元尺寸小於500nm，對加工精度要求高，掃描角度有限，接收端方案薄弱，接收面大、信噪比較差。
典型企業和產品：Quanergy的S3，Blackmore, Strobe。
3、3D Flash激光雷達
原理：3D Flash激光雷達以一次脈衝向全視野發射，利用飛行時間成像儀接收反射信號併成像，發射的激光波長是關鍵因素。如果使用905nm，雖然成本較低，但功率受限，因此探測距離不夠遠。若使用1550nm，在接收上需要更高成本的探測器，目前尚沒有商用條件。也有一批廠商採用Flash技術路線，對成本和人眼保護的平衡形成了一定的解決方案。
優點：全固態，沒有移動部件；發射端方案較成熟，成本較低；容易通過車規級檢驗。
缺點：採用單脈衝測量，單脈衝需要較高的能量，峰值功率能達到上百千瓦至兆瓦級別，需要搭載固體激光器，而固體激光器成本很高，且閃光能量可能傷害人眼安全，受嚴格限制。
典型企業和產品：LeddarTech的LCA3，Tetravue，Princeton Lightwave，Trilumina (VCSEL陣列)，Toyota豐田，ESPROS的EPC660/635系列面陣，Advanced Scientific Concepts(ASC)，TI的OPT8241等；
五、激光雷達是產業鏈的核心，下游應用於測繪和導航
激光雷達由發射器、接收器（感光元件和長焦鏡頭）、慣導系統構成。實際上，產業鏈的上游製造元件成本不高，不是構成成本的主要因素；且因為激光雷達是下游測繪、導航等應用的核心部件，目前產能稀缺導致供不應求，呈現賣方市場，對下游有很強的定價權，因此該產業鏈主要附加值在於激光雷達部分。
作為一種能夠獲取物體位置、形狀的信息的傳感器，激光雷達天生地適用於地形地圖測繪。常用於室內建模、道路及設施數據採集、礦山採空區測量，或搭載於飛行器上進行大範圍的電力巡線、林業普查、水利勘測等等，應用廣泛。目前該領域硬件技術較為成熟，已有室內、搭載於汽車、船舶、飛行器的解決方案，體積較大，精度較高，探測範圍較遠。該領域軟件方面是大規模發展的瓶頸，尚未有成熟的處理大量點雲數據並建模的方案，目前市面上都是以非標特製軟件為主，通用平臺式尚有待發展。
近年來，激光雷達被用於導航領域，如機器人、無人機的避障，和智能車的自動駕駛（包括輔助駕駛等不同級別）。由於應用場景的不同，在導航領域要求激光雷達能夠快速掃描、動態處理數據並實時反饋，在精度方面相對要求較低，只需分辨清楚障礙物、行人、汽車等，垂直角分辨率一般在1°左右。目前該領域高端硬件技術正在發展中，產品應用於各類智能車的原型車上，低端技術如應用於掃地機器人等低分辨慢響應已經實現量產。軟件方面，由於目前各類無人車的研發公司均為互聯網巨頭或汽車巨頭，如谷歌、百度、大眾、寶馬等，各公司均有自研算法，壁壘較高，也有少量創業公司面向市場提供了包含算法邏輯的解決方案給客戶選擇，但是非常基礎，也需要客戶進行進一步開發。
目前的低級別自動駕駛，即輔助駕駛和部分自動駕駛領域中，主要的定位測距技術仍然是毫米波雷達和視覺傳感器。激光雷達與之相比成本過高，未能被車企接受。超聲波雷達目前單價約為150 美元，激光雷達經過近10 年來雨後春筍般的發展，價格已從Velodyne 獨佔時期的逾10 萬美元（機械式）驟降至Quanergy 等創業公司聲稱的200-300 美元（固態式）
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