【奥迪怎么调试雷达】韦莱、鹏、华为都在做，小白也能理解的激光雷达技术扫盲！

你好，我是电气侦探！随着上海车展、威来ET7、鹏P5、极豪Alpha SS等车型登台，自动驾驶再次成为车展“迎接未来”主题的话题。城市高级辅助驾驶的三种车型无一例外地在我们眼里载着“传说”老骑手。这次侦探拿着这个又爱又恨的激光雷达，用从原理到应用场景最简单明了的方法浏览前世。

瑞德安全吗？

事实上，激光雷达和我们都熟悉的倒车雷达在物理原理上是相通的。通过电磁波发射和反射，计算时间差，得到环境和障碍物的距离信息。

汽车品牌拼命挥舞激光雷达的原因是弥补了相机和毫米波雷达的缺点，激光雷达的探测距离更远，环境变化的影响更小，精度更高。甚至可以通过发射的电磁波描绘周围环境的3D图像。然而，从概念上来说，装载上的骑手并不是一次顺利的航行。

从大蘑菇到豆腐块

普罗大众对激光雷达的早期认识最早是Google开发自动驾驶的小型盲动车开始的，头顶的“大蘑菇”是激光雷达的一种——机械激光雷达。(威廉莎士比亚，Northern Exposure(美国电视剧)，)通过快速旋转实时扫描周围3-60度的环境信息，就像我们看潜艇、战舰的雷达扫描仪一样。所以机械旋转激光雷达的优点是显而易见的。视野很开阔！

但是谁以后想在自己的车顶上挂大蘑菇呢？太丑了吧！此外，旋转扫描的激光雷达与机械结构之间的相互运动有关，对激光雷达的可靠性和寿命也有一定的影响。因此，我们对量产车骑手的呼吁诞生了。

1、减少体积，不要太显眼，否则会影响车辆的美观。

2、减少机器结构的参与，扩大使用环境和耐久性。

小时候我们上课用小镜片晃老师吗？众所周知，电磁波可以反射。那么，能不能固定发射源不要转动，让电磁波在发射路径上“旋转跳跃”？所以混合型车手进入了汽车制造商的心中。混合激光雷达内部有MEMS进境，在驱动电路的驱动下，MEMS进境会产生高频旋转摆动，激光源是固定的，击中振镜的电磁波会快速扫描振镜旋转下镜头前的环境。

显然，混合激光雷达的激光源和太阳一样。MEMS振动镜是你手上的小镜片。黑板和老师是测量对象。你用手(伺服马达)疯狂地移动小镜头。老师和黑板之间打出移动的光斑，全班同学(接收器)在笑声中惩罚你。这就是混合激光。

不难看出，混合式激光雷达可以避免大规模机械旋转，使体积变小，在一定程度上提高了可靠性。我们来看看2017年奥迪推出新一代A8的成品。这是混合动力车第一次安装在量产车上。放在车牌区下面。从外部我们看不到激光雷达的旋转动作，但它可以提供145的水平视角，80

米的有效探测距离。

混合式激光雷达，里面还是有个伺服电机，能否进一步减少机械运动呢？可以！全固态激光雷达，其中“固态”指的就是内部结构全部固定，彻底不存在机械运动。目前，实现全固态有两种途径，一种是光学相控阵（OPA），一种是闪光（Flash）。

咱们先说相控阵，如果您是军迷，想必对相控阵应该不会太陌生。既然机械结构不动，我就让电磁波自身发生变化！水波和光的双缝实验，物理课上都讲过吧，简单说就是利用波的干涉特性，经过缝隙后会在某个方向加强，其他方向减弱。相控阵激光雷达也是利用这个基础原理，做了很多导管并排成阵列，激光光源经过导管阵列后会发生多缝干涉，产生定向增强的波束。此时我们再去调节激光光源的波长或相位，就能获得激光扫描的效果。

而Flash激光雷达的原理，更像我们再熟悉不过的相机。它是直接用激光光源在传感器上打出一个平面，照射到物体后再反射回来，记录每个像素点的飞行时间并算出物体的距离甚至形状。因此， Flash激光雷达也被称为“面阵方案”，大家甚至可以把它简单理解成“激光3D相机”。

不过，相控阵和Flash在汽车领域的应用潜力还有待开发，毕竟汽车的工作环境复杂、恶劣，对探测距离也有较高要求。OPA和Flash要达到2 00米以上的有效探测距离，同时控制住成本，还需要一步步的努力。

安全性需要担心吗？

很多人谈“激光”色变，是因为激光在我们印象中常常伴随着武器一起出现。事实上，激光也是电磁波的一种，而它的频率高于可见光范畴，再加上激光切割、激光近视手术等名词，这些都进一步加深了人们对激光的恐惧心理。

抛开剂量谈毒性，都是耍流氓。事实上，车载激光雷达的安全性完全无需担心。以国际电工委员会ICE对激光设备安全等级的划分来看，Class1级要求“无生物性危害，不必特别管理”，符合这个等级的消费品有激光教鞭、DVD播放机等等。同时，激光雷达的波长一般不低于850nm，也是为了避开可见光波段。市面上的车载激光雷达主要有两种波长，分别是905nm和1550nm，小鹏P5属于前者，蔚来ET7属于后者。综合波长、输出功率、辐照时间等因素，车载激光雷达的安全等级要求也是Class1，目前来看还没有敢在量产车上对人眼安全提出挑战的厂商。

换句话说，现阶段我们见到的这些激光雷达车型，都是安全的。再去比较的话，1550nm的波长会在电磁波到达视网膜之前就被晶状体完全吸收掉，更是谈不上对视力有什么伤害。也正是这个因素，蔚来ET7的激光雷达允许采用更高的功率，从而获得更远的探测距离。这就涉及到接下来咱们要聊的——激光雷达的性能指标了。

如何理解这些参数

将来大家会越来越多看到“线程”这个词，我们可以将它看做是电磁波束的数量。单线激光雷达只有一个激光发射器和接收器，不管经过机械旋转，还是振镜旋转，最终投射出来就是一条线。而多线激光雷达是目前主机厂的共同选择，投射出多条平行线，从而绘制出内容更丰富的“雷达图像”。

显然，线程数量越多，激光雷达眼中的世界细节就越多。因为随着被测物体距离远近的不同，离得越远，打到物体上的激光扫描线间隔就越大。大家夜里用手电筒不也是么，照的越远光斑越小，亮度就越低。

不过线程数增加同时意味着发射源和接收器数量的增加，这成本肯定是水涨船高的。所以厂商也要根据自家产品激光雷达的使用场景合理规划线程数量，以华为的中长距激光雷达为例，96线程，10%反射率下能达到150米的探测距离，同时拥有120°的水平视角和25°垂直视角，非常适合城区场景。再远，探测效果就下降得厉害了。

测距能力和视场角，咱们结合线程一起来说。再举个例子，蔚来ET7的激光雷达拥有等效300个线程、120°水平视角、500米的最远探测距离。之所以能获得500米的最远探测距离，很大程度上是300个等效线程贡献的，线程数多了，才能维持远距离下的扫描密度。而且大家要注意“等效”两个字，ET7的激光雷达很有可能是通过振镜的极高频偏转来实现更高的扫描次数，以至于它用1颗发射器，就能获得机械式激光雷达3颗甚至5颗发射器的效果，因此才加上“等效”二字。

另外ET7激光雷达的功率势必更高，因为要同时满足大视野、长距离两个条件下的角分辨率和点云密度。1550nm的波长安全性前面提过了，除此之外，这个波段的穿透性更强，受烟雾等恶劣环境的影响较小。在我看来，ET7上面的激光雷达既想要120°的水平视角帮助车辆进行城市自动驾驶，又想让这颗激光雷达胜任高速上的远距离探测需求，所以等效300线程、120°水平视角、500米的探测距离都必不可少，即便用更少的发射器满足了线程需求，也很难压下成本。

视场角FOV，厂商们总爱宣传水平参数，因为数字大、好看，但水平+垂直才能真正描述一台激光雷达的可视范围。机械式激光雷达，就是那个蘑菇头，可以完美做到360°水平视场角。缩小体积变成混合式激光雷达后，目前多数厂商不超过120°（当然也要结合激光雷达的功能定位）。这里再把华为搬出来，我们看到目前已经装车的96线中长距激光雷达，FOV参数为120°水平+25°垂直，但亮点不在这里，普遍的激光雷达线束分布，越靠画面中央越密、越靠画面边缘越稀，而华为却能做到线束均匀分布，这大大降低了后端感知算法的难度。

1. 总结

不可否认，未来两年将处于激光雷达大量装车，且多个技术路线共同发展的时期。面对厂商们的参数轰炸，我们可别掉到“为参数论”的险境当中，因为激光雷达还将经历一段时期的成本沉淀，不是说机械式激光雷达就落后、固态激光雷达就一定先进，每个技术路线都会找到自己的应用领域，甚至不一定在汽车上。自动驾驶领域，车载激光雷达一定要将参数和应用场景结合在一起考量，它不是一个独立的存在，而是跟整车传感器方案、定位、算法算力等共同服务于未来出行。