世界信息:不是所有激光雷达都能好用！中日美技术对决 最强是它？

最近几年大家都在卷自动驾驶，而大家也许都知道，自动驾驶的核心除了那块处理器之外，就是雷达---严格来说是车辆视觉系统中的中距离雷达。因为作用半径在20-150米左右的中距离雷达，是目前所有自动驾驶系统的道路感知系统中，数据量最大，也是算法难度最大的一个部分。

中距离雷达分为两大阵营，一边是特斯拉坚守的纯视觉阵营，也就是全部用摄像头来获得数据，另一派是由国内车企们大力推广的激光雷达阵营。目前业内基本达成的共识是，激光雷达是未来高等级自动驾驶的必然方向。

(相关资料图)

在今天这篇长文中，我们打算和大家系统地聊聊激光雷达这种看着非常高科技，非常神秘，也非常昂贵的东西，我们希望大家在看完本文后，能对激光雷达这种看似神秘的高科技产物，有一个比较系统的概念。

激光雷达，英文名LiDAR，这玩意其实不怕跟大家说实话了，最初是个军用设备。激光雷达系统最初由美国军事研究部门在海湾战争末期发明，是一种国土防空型雷达，主要搭载在陆基对空雷达系统上。激光雷达最初（也包括现在）的军事用途，主要是通过向防区内的特定位置发射大功率激光，来判断闯入防区内的飞行物特征，进而为军事部门提供关于该飞行物的精确形状数据，方便相关部门迅速获知这是什么东西。

后来，激光雷达因为性能不佳，被更精确的X波段雷达替代。值得指出的是，我国的C4ISR（区域拒止）系统在发展中吸取了美军的教训，在末端防空直接用了X波段，所以我国没有相关前期技术积累，这个影响后面会提到。这种技术经过一段时间后技术解禁，从军用转为民用性质。激光雷达民用化后，相比起原来的军用版本在结构上并没有太大区别，比较明显的区别在于发射功率。军用雷达不需要考虑能耗，但要搭载在民用移动设备上的激光雷达必须降低发射功率。而就是因为这个发射功率的问题，直接导致了激光雷达系统从最初的机械式到现在的固态式的技术迭代。

要搞清楚激光雷达的两种形式，我们必须首先知道激光雷达的工作原理是什么。激光雷达通过向一个固定方向发射一束激光，激光打在射程范围内的所有障碍物上会出现反射、阻挡等现象，激光雷达系统中的一个专用的摄像机会记录这些信息，从而得出一条线上所有障碍物的相对实时距离信息。

但一条线上的信息是没用的，所以激光雷达必须设计一个机构，让发射出去的激光能在一定角度内“扫射”所有物体。这个扫射的角度叫做视场角（某些车企也管它叫扫描角度）。看到这里大家很容易就能明白，扫射的角度越大，扫射到的物体就越多，对于激光雷达判断车子一定范围内的物体信息就更有利。所以激光雷达最重要的数据之一就是视场角大小。

现在来说机械式激光雷达。其实机械式激光雷达的工作原理，就是最初版本的军用激光雷达的样子。首先，激光雷达中的那束激光，是竖直方向射出的，但激光雷达的工作面是水平向，也就是说必须设计一个机构，能让竖直射出的激光改为横向射出。初中物理告诉我们，一面简单的棱镜就能做到这事。但问题来了，经过棱镜转换射出方向后的激光，仍然是一条线，所以还需要设计一个能不断左右旋转的机构，把棱镜装在这个机构里，伴随着这个机构的左右摇摆，激光就能在整个视场角中射出一个不连续的扫射面。这就是机械式激光雷达的原理。其实如果您对早期的CRT电视的原理有所了解的话，原理是有点相似的。

机械式激光雷达的主要优点在于便宜，功率也不需要太大。但它的缺点是非常明显的，由于它的成像原理不是同步成像，而是扫描式成像，这就意味着这种激光雷达虽然精度高，但获得有效图像信息的速度非常慢（毕竟速度取决于那个机构的旋转速度）。这也就是在激光雷达大规模商用的早期，包括特斯拉、小鹏等企业都表示不会用的原因，在那个时候，用摄像头拍摄，再用处理器处理信息得到路况信息的速度，比机械式激光雷达快上不少。

而且正如前面提到，机械式是靠一个棱镜来改变激光的射出角的，如果在激光雷达射出面的平行方向遇到强光（例如早晨或黄昏刺眼的阳光），这些光就会直接干扰棱镜的运作（光干扰），很容易会导致棱镜失去折射激光的能力，这也是为什么前几年，激光雷达的车时不时就会出现在剧烈阳光下，自动驾驶某些功能失效或无端故障的原因。

很显然，机械式激光雷达这种东西对于车用来说并不成熟，人们需要一种不受干扰，而且成像速度要很快的新型激光雷达。这东西，就是现在所称的固态激光雷达。不过要注意的是，这固态激光雷达，也分为“半固态”和“全固态”两种。

这又是啥？固态激光雷达，其实是在激光发射的基础原理上做了彻底的推倒重来。和机械式那种脱胎于军用设备的方式不同，固态激光雷达的激光不需要改变射出方向，直接就在雷达内部经过功率加压后，直接向前射出。而且激光雷达有一套非常复杂的复合型镜组系统（比高端单反的镜头复杂很多），它能把一束激光，分割成数十条线的方式射出去，这也就是固态激光雷达中经常出现的“32线”、“64线”、“128线”等数字的原理。因为直接射出去的就是一个面（这个面由激光线组成，线越密集越好），所以也就不存在机械式激光雷达上所谓的扫描速度的问题，激光雷达的速度也就得到了保障。

同时大家看懂了上一段就会知道，固态激光雷达的“线”，自然是越多越好。目前各大车企和各个激光雷达厂家宣传的重点也基本都在这。那么什么叫半固态全固态呢？其实这是机械式向固态式过度期间必然会出现的一种状况。所谓半固态就是指，这个激光雷达本身发出来的线，数量是不够的，那么就通过同时结合机械激光雷达的方式实现激光雷达的视场角需求。

看不懂？打个比方，现在这个激光雷达因为技术或成本等原因，只能发出32线，只能覆盖大概40度范围内的东西，而这个雷达的视场角是120度。那就通过让这个固态激光雷达组叠加一个机械式旋转机构，这样一来，不用旋转太大角度，就能覆盖120度的视场角。这就是所谓的半固态激光雷达。

全固态就好理解了，这里不再展开。一般来说，要实现全固态，至少需要128线，256线是现在的“标准配置”，而某些硬件规格更高的车，已经装车了512线甚至1024线。

目前在固态激光雷达领域，出现了一个很明显的“三足鼎立”的态势。因为固态激光雷达的核心，是激光发射器和复杂镜组这两个点。美国在激光发射器上有着明显的优势，但在镜组上不如日本。但考虑到美国在激光雷达领域的先发优势，目前在技术上还是它最强。

其次是中国和日本，国产固态激光雷达在激光发射器上目前已经达到了美国的水平，部分先进产品的激光功率已经超越美国，但我国在镜组上仍然有比较明显的落后，不及日本，也不及美国。但在我国强大的产能和成本控制，以及大得惊人的内需下，目前国产激光雷达在市场份额上已经超过了美国，只是在综合技术水平上还有一点点距离。

日本是个偏科生，它的激光发射器基本全部采购自美国，但它的镜组强的可怕。其实按理说，在性能上应该是日本系的固态激光雷达是最强的，但美国一直以来出口日本的激光发射器，水平都远远低于自己的平均水平，日本又不愿意向中国买（中国出口的也不可能是先进的技术），所以尽管有很强的镜组水平，但日系激光雷达，反倒是现在整体产品力上最弱的。

目前在国内市场上，无论是日系韩系还是美系德系，几乎所有在中国大陆销售的搭载激光雷达的车，用的激光雷达不是中国的就是美国的。从目前行业的趋势看，国产激光雷达在未来1-2年内取得市场上的统治性优势是可以预期的。毕竟便宜，技术也不差美国多少的好东西，没人会不喜欢。

其实说白了，激光雷达这东西发展到现在，早就已经是“强者的战争”了。和显卡、CPU这些类似地，受限于极高的技术壁垒，有能力造激光雷达的企业本就屈指可数，能造得好的更是少之又少。激光雷达其实发展到现在，早就不是企业间的普通商业竞争了，而已经涉及到中美两大国在这类高效率微型激光器、先进镜组等先进科技领域的全面竞争了。

按照现在的节奏看，中国激光雷达干掉美国激光雷达问题不大。在激光雷达这个美国没法“卡脖子”的领域，工业国和去工业国的实力差距，是非常明显的。

关键词： 激光雷达 固态激光