物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中為什么要使用純固態(tài)激光雷達(dá)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用純固態(tài)激光雷達(dá)的原因主要基于其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用價(jià)值，這些優(yōu)勢(shì)使得純固態(tài)激光雷達(dá)在物聯(lián)網(wǎng)的多個(gè)領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要作用。以下是詳細(xì)的分析：

純固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)

1、高精度和高分辨率：

純固態(tài)激光雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確測(cè)量和識(shí)別，其高精度和高分辨率的特性使得它在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中能夠提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持。

2、高可靠性和低故障率：

相比傳統(tǒng)的機(jī)械激光雷達(dá)，純固態(tài)激光雷達(dá)沒有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部件，因此具有更高的可靠性和更低的故障率。這對(duì)于需要長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來說至關(guān)重要。

3、易于集成和低成本：

純固態(tài)激光雷達(dá)的固態(tài)器件體積小、重量輕，易于集成到各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中。同時(shí)，其生產(chǎn)成本相對(duì)較低，有利于降低物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的整體成本。

4、高安全性和低風(fēng)險(xiǎn)：

純固態(tài)激光雷達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確測(cè)距和識(shí)別，有效提高了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境中的安全性，降低了潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

5、探測(cè)距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)：

純固態(tài)激光雷達(dá)具有較遠(yuǎn)的探測(cè)距離和強(qiáng)大的抗干擾能力，能夠在復(fù)雜環(huán)境中穩(wěn)定工作，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

純固態(tài)激光雷達(dá)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的應(yīng)用

1、自動(dòng)駕駛：

在自動(dòng)駕駛汽車中，純固態(tài)激光雷達(dá)能夠?qū)崟r(shí)感知周圍環(huán)境，提供高精度的距離、速度和方向信息，為自動(dòng)駕駛決策提供可靠支持。

2、機(jī)器人導(dǎo)航與避障：

在機(jī)器人領(lǐng)域，純固態(tài)激光雷達(dá)可以幫助機(jī)器人實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)導(dǎo)航和避障功能，提高機(jī)器人在復(fù)雜環(huán)境中的自主移動(dòng)能力。

3、無人機(jī)定位與測(cè)繪：

無人機(jī)搭載純固態(tài)激光雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位和測(cè)繪功能，為地理信息采集、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域提供高效、準(zhǔn)確的解決方案。

4、智能家居與安防：

在智能家居和安防領(lǐng)域，純固態(tài)激光雷達(dá)可以用于人體檢測(cè)、入侵報(bào)警等場(chǎng)景，提高家居安全和安防系統(tǒng)的智能化水平。

5、智能交通系統(tǒng)：

純固態(tài)激光雷達(dá)可以用于智能交通系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)車輛檢測(cè)、交通流量統(tǒng)計(jì)、交通擁堵分析等功能。通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)道路交通情況，可以為交通管理部門提供數(shù)據(jù)支持，優(yōu)化交通流組織和交通管理。

綜上所述，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中使用純固態(tài)激光雷達(dá)的原因主要在于其高精度、高可靠性、易于集成、低成本以及廣泛的應(yīng)用價(jià)值。純固態(tài)激光雷達(dá)的這些優(yōu)勢(shì)使得它在自動(dòng)駕駛、機(jī)器人、無人機(jī)、智能家居等多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中都發(fā)揮著重要作用，為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的智能化、高效化提供了有力支持。

本文會(huì)再為大家詳解激光雷達(dá)家族中的一員——純固態(tài)激光雷達(dá)

純固態(tài)激光雷達(dá)的定義

理論上來說，固態(tài)激光雷達(dá)是完全沒有移動(dòng)部件的雷達(dá)，光相控陣（Optical Phased Array）及Flash是其典型技術(shù)路線，也被認(rèn)為是純固態(tài)激光雷達(dá)方案。

但近年來，一些非完全旋轉(zhuǎn)的激光雷達(dá)也被統(tǒng)稱為“固態(tài)激光雷達(dá)”，它們具備了固態(tài)激光雷達(dá)很多的性能特點(diǎn)，如分辨率高、有限水平FOV（前向而不是360°）等，但這些技術(shù)方案會(huì)有一些微小的移動(dòng)部件，從嚴(yán)格意義上來說不能算純固態(tài)激光雷達(dá)。

純固態(tài)激光雷達(dá)的原理

固態(tài)激光雷達(dá)主要是依靠波的反射或接收來探測(cè)目標(biāo)的特性，大多源自三維圖像傳感器的研究，實(shí)際源自紅外焦平面成像儀，焦平面探測(cè)器的焦平面上排列著感光元件陣列，從無限遠(yuǎn)處發(fā)射的紅外線經(jīng)過光學(xué)系統(tǒng)成像在系統(tǒng)焦平面的這些感光元件上，探測(cè)器將接受到光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并進(jìn)行積分放大、采樣保持，通過輸出緩沖和多路傳輸系統(tǒng)，最終送達(dá)監(jiān)視系統(tǒng)形成圖像。

純固態(tài)激光雷達(dá)的分類

3.1.MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）微機(jī)電系統(tǒng)

MEMS指代的是將機(jī)械機(jī)構(gòu)進(jìn)行微型化、電子化的設(shè)計(jì)，將原本體積較大的機(jī)械結(jié)構(gòu)通過微電子工藝集成在硅基芯片上，進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)。技術(shù)成熟，完全可以量產(chǎn)。主要是通過MEMS微鏡來實(shí)現(xiàn)垂直方面的一維掃描，整機(jī)360度水平旋轉(zhuǎn)來完成水平掃描，而其光源是采用光纖激光器，這主要是由于905納米的管子重頻做不高，重頻一高平均功率就會(huì)太大，會(huì)影響激光管的壽命。

采用微振鏡對(duì)進(jìn)行激光束的偏轉(zhuǎn)，它需要有平整的鏡面，將機(jī)械式的激光雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)部件微縮.從嚴(yán)格意義上來說，MEMS并不算是純固態(tài)激光雷達(dá)，這是因?yàn)樵贛EMS方案中并沒有完全消除機(jī)械，而是將機(jī)械微型化了，掃描單元變成了MEMS微鏡。

3.2.OPA（optical phased array）光學(xué)相控陣技術(shù)

相比其他技術(shù)方案，OPA方案給大家描述了一個(gè)激光雷達(dá)芯片級(jí)解決方案的美好前景，它主要是采用多個(gè)光源組成陣列，通過控制各光源發(fā)光時(shí)間差，合成具有特定方向的主光束。然后再加以控制，主光束便可以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同方向的掃描。雷達(dá)精度可以做到毫米級(jí)，且順應(yīng)了未來激光雷達(dá)固態(tài)化、小型化以及低成本化的趨勢(shì)，但難點(diǎn)在于如何把單位時(shí)間內(nèi)測(cè)量的點(diǎn)云數(shù)據(jù)提高以及投入成本巨大等問題。

通過外加電壓改變液晶的取向，從而實(shí)現(xiàn)不同陣元的相位調(diào)節(jié);驅(qū)動(dòng)電壓小，易大面積集成，最大掃描角度+10°，掃描速度在亳秒量級(jí)。但響應(yīng)速度較慢，目前可達(dá)200us。掃描精度較大。因?yàn)楣杈哂休^高的熱光系數(shù)，目前主要集中于如何有效地減小陣列串?dāng)_、提高掃描精度、增大掃描角度、提高熱穩(wěn)定性等問題，而且由于片上光功率較低，使得遠(yuǎn)距離探測(cè)存在困難.

3.3.Flash

Flash激光雷達(dá)的原理也是快閃，它不像MEMS或OPA的方案會(huì)去進(jìn)行掃描，而是短時(shí)間直接發(fā)射出一大片覆蓋探測(cè)區(qū)域的激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對(duì)環(huán)境周圍圖像的繪制。主要問題是探測(cè)距離近，在技術(shù)的可靠性方面存在問題，F(xiàn)lash激光雷達(dá)的距離分辨率力和角度分辨力主要取決于焦平面探測(cè)器陣列，焦平面探測(cè)器陣列使用PIN型光電探測(cè)器(近距離)或是雪崩光電探測(cè)器(遠(yuǎn)距離，價(jià)格昂貴)。

純固態(tài)激光雷達(dá)的優(yōu)劣勢(shì)

利用光學(xué)相控陣掃描技術(shù)的固態(tài)激光雷達(dá)的確有很多優(yōu)勢(shì)，例如：

其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，無需旋轉(zhuǎn)部件，在結(jié)構(gòu)和尺寸上可以大大壓縮，提高使用壽命并使其成本降低。

掃描精度高，光學(xué)相控陣的掃描精度取決于控制電信號(hào)的精度，可以達(dá)到千分之一度量級(jí)以上。

可控性好，在允許的角度范圍內(nèi)可以做到任意指向，可以在重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行高密度的掃描。

掃描速度快，光學(xué)相控陣的掃描速度取決于所用材料的電子學(xué)特性，一般都可以達(dá)到MHz量級(jí)。

當(dāng)然固態(tài)激光雷達(dá)也同樣存在一些劣勢(shì)，如：

掃描角有限，固態(tài)意味著激光雷達(dá)不能進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)，只能探測(cè)前方。因此要實(shí)現(xiàn)全方位掃描，需在不同方向布置多個(gè)（至少前后兩個(gè)）固態(tài)激光雷達(dá)

旁瓣問題，光柵衍射除了中央明紋外還會(huì)形成其他明紋，這一問題會(huì)讓激光在最大功率方向以外形成旁瓣，分散激光的能量。

加工難度高，光學(xué)相控陣要求陣列單元尺寸必須不大于半個(gè)波長，一般目前激光雷達(dá)的工作波長均在1微米左右，故陣列單元的尺寸必須不大于500nm。而且陣列密度越高，能量也越集中，這都提高了對(duì)加工精度的要求，需要一定的技術(shù)突破。

接收面大、信噪比差：傳統(tǒng)機(jī)械雷達(dá)只需要很小的接收窗口，但固態(tài)激光雷達(dá)卻需要一整個(gè)接收面，因此會(huì)引入較多的環(huán)境光噪聲，增加了掃描解析的難度。

純固態(tài)激光雷達(dá)的廠商

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供應(yīng)商A:北醒

https://www.benewake.com/

1、產(chǎn)品能力

（1）選型手冊(cè)

北醒企業(yè)宣傳冊(cè).pdf

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北醒 Horn-X2 Pro 是一款集高性能、高安全性、高可靠性為一體的三維激光雷達(dá)，可適用于車路協(xié)同

（V2X）、智慧機(jī)場(chǎng)、智慧鐵路和智慧航運(yùn)等多種大交通應(yīng)用場(chǎng)景。該激光雷達(dá)擁有高垂直角分辨率，

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審核編輯 黃宇