大家好，我是深圳力策科技创始人张忠祥，我们团队从年初开始从事测距型激光雷达的研发工作，至今已有三年。在过去几年里，我们团队很幸运的在创业浪潮中存活下来了，我们一直在见证也将继续见证激光雷达行业的发展进程。雾里看花终隔一层，这两年我自己经常给不同知识背景的人讲述激光雷达技术，非常遗憾很多问题我一直都没法讲清楚。激光雷达作为一个传感器，本不应有那么多的故事，但是身处资本江湖，技术也难以免俗。藉本文系统总结激光雷达技术的方方面面和近年的一些发展趋势，力求信息量丰富而通俗易懂。由于本文涉及技术点甚多很难面面俱到，难免有谬误之处，各位专家学者和企业家轻拍。

1.激光雷达的前世今生

2.读懂激光雷达技术

测距

成像

3.Velodyne与多线激光雷达

4.固态激光雷达

MEMS

光学相位阵列（OPA）

面阵成像激光雷达

基于传统摄像头的光切片技术

基于线性APD阵列的激光雷达

单光子激光雷达

其他技术方案盘点

调频连续波（FMCW）

nm波段激光雷达

扫描发射+面阵接收

线性模式下的单光子APD阵列

5.总结

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激光雷达的前世今生

激光雷达（LiDAR）技术，早在20世纪70年代就开始应用，刚开始主要用于舰船入港时避障及防碰撞，继而用于航空测绘等领域。到了八十年代，随着光电二极管、CCD、CMOS等光学器件慢慢成熟，激光雷达开始用于航天飞机回收卫星时精确定位。驱动技术发展的动力往往是战争的压力。在海湾战争中，激光雷达已经普遍用于直升机在舰船甲板上升降控制和直升机夜间飞行引导。美国休斯公司、Schwatz公司、Sparate公司、洛雷尔系统公司、法国汤姆逊公司等纷纷研制出激光雷达成像系统，用于战场侦查、低空飞行控制、主动激光制导等领域。随着半导体光电器件的进一步发展，元器件成本慢慢降低，而且性能不断提升，从而为激光雷达技术进入民用领域打下了基础。激光雷达慢慢地被应用于机器视觉、汽车辅助驾驶、电子游戏、医疗健康、休闲娱乐、智能家居等领域。激光雷达技术的核心是激光测距，但是发展到今天，激光雷达这一概念已经远远超出了“测距”这一范畴。

现代雷达技术，概括而言就是机器工业为人类探索三维世界所提供的眼睛，最常见的有微波雷达、超声波雷达等。而激光雷达作为一种光学探测手段，因为激光的高精度、方向性、单色性、相干性等诸多优点，在诞生之日起就在很多领域发挥了前所未有的作用，应用领域包括工业、农业、医学、国防等。而发展到今天，不少大众型电子消费品也广泛应用了激光雷达技术，例如Xbox中微软的Kinect三维传感器，用的是激光雷达里面飞行时间（ToF）技术，Intel推出的3D传感模块RealSense则基于结构光技术。除此以外，激光雷达还被用在电子游戏中的人机互动，休闲娱乐电子产品中的动作捕获，医疗健康领域的光学相干断层成像(opticalcoherencetomography，OCT)，智能家居的室内定位、三维成像与人机互动等等。

激光雷达有今日之火爆不能不提谷歌无人车大赛和自动驾驶。最早开展于年的DARPA无人车大赛同样源于军事目的（年爆发的伊拉克战争让美国陆军觉得无人车可以提供军事支持），直接造就了激光雷达领域的王者Velodyne，众多参赛选手的车顶都有一个花盆样子的传感器，那就是Velodyne64线激光雷达。后面出现的其他激光雷达玩家基本都以挑战者的形式出现。随着谷歌自动驾驶汽车的新闻不断见诸报端，汽车智能化逐渐成为一个热门话题持续发酵。除了谷歌，各大汽车厂商福特、丰田、宝马、奔驰、路虎等纷纷推出自己雄心勃勃的自动驾驶汽车计划或者概念车。自动驾驶的技术前景和所面临的道德伦理困境我们在这里暂且不讨论，汽车智能化确实一个可以预见的必然趋势。而激光雷达在诸多传感器中，直接获取环境三维信息这一功能到目前为止是不可替代的。

但是价格成了激光雷达大规模应用的最大障碍。年完成测试的河南宇通大客车完成了最高时速68公里/小时的测试，其中用到的单线激光雷达、四线激光雷达是德国IBEO公司生产，根据线数不一样，其价格在美金到一万多美金之间。另外一个著名牌子SICK单线激光雷达也在-美金左右。号称激光雷达的“劳斯莱斯”的美国Velodyne，其用在谷歌汽车上的64线激光雷达售价更是一度高达七万美金，16线雷达价格正在不断下降，但是在可见的未来也将维持在美金以上。造成这种价格局面的主要原因并非激光雷达的物料成本（激光管、探测器、部分信号处理IC、AD模块等是主要的物料成本来源，随着批量生产推进，都有望大幅度降低成本），而是光学系统的装配和标定过程。高度严谨的机械系统校准，必然导致系统稳定度和寿命的降低，量产一致性也会导致产能低下。Velodyne这种大厂商目前也在逐步解决机械系统的量产问题了，即便如此，这些精密光机电一体的激光雷达系统能否长时间在汽车上工作依然被人质疑。因此，以摈弃机械为主要目标的固态激光雷达逐渐获得资本和市场的青睐，也被认为最有可能颠覆传统激光雷达技术框架的车规级激光雷达解决方案。颠覆往外来自外部，沉淀了几十年的激光雷达技术，在今天面临的是来自硅光子、MEMS、半导体材料等领域的挑战。与其说挑战，不如认为是新鲜血液的补充，新技术的引入，不过是原有激光雷达技术的延伸和发展，技术的发展必须遵循其自身规律，资本的大规模进入不会造就一个“天顶星技术”，更多是在原有技术基础上的商用化。看清这些技术，我们也就大概看清了一个技术行业的商业脉络。

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我们在机器人、AGV和汽车上会用到的激光雷达，准确点应该被称为导航型激光成像雷达，“导航型”区别于传统测绘等应用的测量型雷达，我们讨论的雷达以给智能设备提供导航定位（SLAM）功能为主要目的；而“成像”区别于测风、拉曼等传感型激光雷达，我们讨论的激光雷达以获取三维图像信息作为主要目的。

扫描式激光雷达的技术构成我们大体分成两大部分：测距模块和成像模块，简单点描述就是一个转起来的激光测距仪。非扫描式的激光雷达典型技术为Flash，天生“固态”，采用面阵接收器避免扫描，而发射端则同样采用面光源，简单点描述就是打着手电筒的摄像头。为了融合扫描式雷达和面阵Flash雷达的优点，衍生出了扫描式发射端+面阵接收器的技术架构，典型的如丰田（Toyota）的激光雷达采用的就是这种架构，未经官方证实的资料显示Quanergy也是采用这种技术架构。整体技术内容大体分类如下图所示。看到这幅图上五花八门的测距术语可能会有点头晕，每种方法网上都有足够的科普资料可查，技术细节在此不再一一分析。针对导航型激光雷达

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