激光雷达的工作原理

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达。通过向目标发射探测信号(激光)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，从而获得目标的距离、方位、速度等相关信息。

激光雷达PCB之激光测量原理

自动驾驶中，激光雷达的用途如下：

障碍物检测：识别和定位车辆周围的行人、自行车、其他车辆等。

车辆定位：结合地图和GPS传感器数据，进行精确的定位。

道路特征识别：包括路面情况，道路边缘、交通标志等。

SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）：即时构建周围环境地图并定位自身位置。

摄像头成像与激光雷达成像

激光雷达在自动驾驶技术中的最大优势在于其高精度和良好的环境适应性。即使在恶劣的天气条件下，激光雷达仍然可以提供准确的三维信息。

激光雷达的构成

激光雷达由以下几个核心部分组成：

发射器：通常使用半导体激光器发射脉冲激光。

扫描和光学系统：用以改变激光的方向，对环境进行扫描。

探测器和接收器：接收反射回来的激光信号，并将光信号转换成电信号。

位置和导航系统：包括GPS和惯性测量单元(IMU)，用于确定激光雷达的精确位置和方向。

数据处理系统：用来将模拟前端输出的信号进行算法处理并输出最终雷达测量到的数据。

每个核心组件都有多种技术上的实现方式，这些方式也会影响到激光雷达的性能指标，例如测量的距离、精度、分辨率和灵敏度。

激光雷达线路板之激光雷达的分类

机械式激光雷达进行扫描即是在电机的带动下将发射模块和接收模块进行360°旋转扫描。

机械式旋转激光雷达

机械式激光雷达可以实现360°全方位测量，适用于高能激光，但是其体型较大，长时间使用之后电机的损耗也会较大。

混合固态激光雷达包括三条技术路线：棱镜、转镜和MEMS微振镜。棱镜和转镜技术路线下，发射模块和接收模块固定不动，电机只带动一面或几面“镜子”旋转。

MEMS微振镜技术路线更进一步，取消了电机，微振镜在静电、电磁、电热或压电驱动下往复运动，实现扫描。

MEMS微振镜激光扫描

固态激光雷达，内部没有机械运动部件，包括光学相控阵（Optical Phased Array，OPA）和Flash两种方案。 

OPA激光雷达运用光的相干原理，将若干激光发射单元组成发射阵列，通过改变加在不同发射单元上的电压，改变不同发射单元发射光波相位，在设定方向上产生互相加强的相长干涉，从而合成具有特定方向、高强度的激光主光束。而其它方向上从各个发射单元射出的光波产生相消干涉，辐射强度接近于零。

硅基OPA激光雷达的发射与接收阵列

OPA激光雷达的扫描速度和精度较高，可以实现MHz量级以上的扫描速度和千分之一度量级以上的扫描精度。在允许的角度范围内可以做到任意指向。但是OPA激光雷达的扫描角度有限，工艺要求高、加工难度大，还存在旁瓣效应。

Flash激光雷达采用快闪的非扫描方式，通过在短时间直接发射出一大片激光脉冲（面阵光），再通过高度灵敏的探测器接收，完成被测物体三维图像的构建。Flash激光雷达就是没有扫描模块，只有发射模块和接收模块。

Flash激光雷达与扫描式激光雷达

激光雷达拆解

华为96线激光雷达

2020年12月，华为正式发布其首款车规级96线中长距激光雷达，核心参数：

测距：150m@10%；

水平FOV：120°，垂直FOV：25°；

角分辨率：0.25°（H）×0.26°（V）

刷新频率：最高25Hz

华为96线激光雷达核心电路板

激光雷达电路板主板

主板使用了软硬结合板的方式，两块主板分别为TDA主板和FPGA主板，板子四周做了包金处理，后续装配屏蔽罩，形成良好的电磁屏蔽。使用软硬结合板的形式，减少了板间连接线缆的使用，同时可靠性更高，节省空间的同时，大大提高了装配的效率。

激光发射板

激光发射板一共有两块，电路完全相同，使用的是EEL激光发射器，激光管通过金线bonding的工艺与PCB进行连接。

激光接收板

接收器使用的是索尼SPAD深度传感器，同样使用了软硬结合板的方式，接收传感器同样使用bonding工艺与PCB进行连接，并封胶处理。