在自動駕駛技術(shù)的發(fā)展進程中，激光雷達作為關(guān)鍵傳感器，對車輛準確感知周圍環(huán)境起著舉足輕重的作用。它通過發(fā)射激光束并接收反射光，實時構(gòu)建周邊物體的三維位置信息，為車輛決策和控制提供精準依據(jù)。當下，市場上主流的激光雷達可分為機械式、半固態(tài)和全固態(tài)三種類型，它們在技術(shù)原理、性能表現(xiàn)、成本及可靠性等方面存在顯著差異，各自適用于不同的自動駕駛場景。

一、工作原理與技術(shù)特點

(一)機械式激光雷達

機械式激光雷達堪稱激光雷達領(lǐng)域的 “元老”，是最早實現(xiàn)商業(yè)化應用的架構(gòu)。其工作方式如同一個精密的旋轉(zhuǎn) “偵察兵”，主要依靠電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)支架或包含多個反射棱鏡的旋轉(zhuǎn)圓盤。在旋轉(zhuǎn)過程中，固定于支架上的多個激光發(fā)射器和接收器能夠 360 度水平掃描周圍環(huán)境，就像我們轉(zhuǎn)動腦袋全方位觀察四周一樣。以 Velodyne 公司早期推出的 HDL-64E 為典型代表，該型號采用 64 線多發(fā)多收設(shè)計，通過高速旋轉(zhuǎn)掃描，能實時生成高密度的點云數(shù)據(jù)，無論是白天還是夜晚，都能精準地檢測和分類車輛周圍的物體，為自動駕駛車輛提供極為詳細的環(huán)境信息。

(二)半固態(tài)激光雷達

半固態(tài)激光雷達則是在機械式基礎(chǔ)上進行的一次 “改良進化”，它對機械部件的依賴大幅減少。通常情況下，僅保留一個或多個小型掃描器，如轉(zhuǎn)鏡或 MEMS 微鏡，用于引導激光束在水平或垂直方向掃過一定角度區(qū)間，而接收模塊則通過固定的光學陣列完成回波信號采集。

轉(zhuǎn)鏡式半固態(tài)激光雷達一般采用單軸或雙軸電動轉(zhuǎn)鏡，高速旋轉(zhuǎn)或擺動的鏡面如同靈活的 “反光鏡手”，精準控制激光發(fā)射方向。這種設(shè)計成本適中，量產(chǎn)難度相對較低，在市場上頗受歡迎。例如萬集科技推出的 760 超薄車載激光雷達，采用轉(zhuǎn)鏡 + 多發(fā)多收解決方案，實現(xiàn)真 192 線掃描，在 10% 反射面的情況下探測距離可達 200 米，最遠甚至可拓展至 300 米，水平視場可達 120°、垂直視場 25°，垂直分辨率 0.15°、水平分辨率 0.13°，機身厚度僅 24 - 30 毫米，兼具優(yōu)秀的點云質(zhì)量與車規(guī)可靠性，是高階輔助駕駛(ADAS)場景的得力助手。

MEMS 振鏡式半固態(tài)激光雷達運用微機電系統(tǒng)(Micro - Electro - Mechanical Systems)技術(shù)，將微小的反射鏡集成在光刻工藝芯片表面。通過靜電驅(qū)動信號，鏡面在微米級尺度內(nèi)快速振蕩，如同無數(shù)個微小的 “舞者” 精準舞動，實現(xiàn)激光束在預定角度范圍內(nèi)掃過。相較于轉(zhuǎn)鏡方案，MEMS 振鏡結(jié)構(gòu)避免了大型機械零部件帶來的慣性與掃描速度限制，進一步減小了雷達的厚度和整體體積，更容易與車身設(shè)計實現(xiàn)一體化集成。速騰聚創(chuàng)(RoboSense)的 M1 系列便是基于 MEMS 振鏡實現(xiàn)較寬的水平與垂直視場，具備較高的點云密度與穩(wěn)定性，已成功獲得多家汽車廠商訂單，展現(xiàn)出良好的市場前景。

(三)全固態(tài)激光雷達

全固態(tài)激光雷達被視為行業(yè)的 “終極形態(tài)”，它徹底摒棄了機械運動部件，如同一位無需肢體動作就能感知世界的 “智者”。主要分為相控陣(Optical Phased Array，OPA)和 Flash(泛光面陣式)兩種技術(shù)路線。

OPA 型激光雷達通過控制多個激光發(fā)射單元組成的發(fā)射陣列中各個單元的相位差，來改變激光光束的發(fā)射角度，就像指揮一個精密的 “光學樂隊”，每個樂器(發(fā)射單元)通過精準的節(jié)奏(相位差)配合，實現(xiàn)激光束的靈活指向。由于無需任何機械運動，它具有最優(yōu)的可靠性與潛在最小的體積，理論上可大幅降低量產(chǎn)成本。然而，其核心挑戰(zhàn)在于相控陣芯片的制造良率、相位調(diào)制精度以及大規(guī)模集成的光電器件封裝復雜度，目前這些技術(shù)難題仍在攻克過程中。

Flash 型全固態(tài)激光雷達采用類似于相機閃光燈的原理，一次性向整個探測場景發(fā)射激光脈沖，然后通過大面積接收陣列同步采集反射回波，如同給整個場景瞬間拍了一張 “深度照片”，以獲得整個場景的深度圖。與 OPA 技術(shù)相比，F(xiàn)lash 架構(gòu)無需依賴相位調(diào)制器或復雜的微納級光學腔，僅需在光學路徑中安排一些光學擴束與均勻化組件以及大規(guī)模陣列光電接收器即可實現(xiàn)一瞬間的大視場深度采集。在短距離場景，如智能泊車、無人配送機器人等低速應用中表現(xiàn)出色，能夠?qū)崿F(xiàn)毫秒級甚至亞毫秒級的全場景深度成像。但對于高速行駛的汽車場景而言，目前存在信噪比與接收靈敏度不足的問題，并且在長距離探測時，對大功率激光發(fā)射與高密度接收陣列的雙重需求，使得 Flash 型全固態(tài)激光雷達在量產(chǎn)成本、熱管理設(shè)計和光學系統(tǒng)穩(wěn)定性方面仍需進一步突破。

二、性能、成本與可靠性對比

(一)性能指標

從探測距離來看，機械式激光雷達優(yōu)勢明顯，通常能夠?qū)?10% 反射率目標實現(xiàn)超過 200 米甚至更遠的探測距離，這使其在遠距離感知復雜環(huán)境方面表現(xiàn)卓越，能夠為 L4 及以上級自動駕駛提供充足的決策時間。半固態(tài)激光雷達探測距離一般集中在 100 - 200 米之間，部分轉(zhuǎn)鏡設(shè)計可突破 200 米，雖稍遜于機械式，但在大多數(shù)自動駕駛場景中也能滿足需求。全固態(tài)激光雷達目前在探測距離上相對較弱，尤其是 Flash 型在長距離探測面臨挑戰(zhàn)，不過隨著技術(shù)發(fā)展，OPA 型有望實現(xiàn)更遠探測距離。

點云分辨率方面，機械式激光雷達憑借其成熟的技術(shù)和穩(wěn)定的掃描方式，長期保持領(lǐng)先，能夠提供極為密集和精確的點云數(shù)據(jù)，為感知算法提供豐富信息。半固態(tài)激光雷達中，MEMS 振鏡式在掃描精度上有較大優(yōu)勢，轉(zhuǎn)鏡式也能提供較高分辨率。全固態(tài)激光雷達在分辨率上正在不斷提升，但目前整體與機械式相比仍有一定差距。

視場范圍上，機械式激光雷達可實現(xiàn)水平 360 度、垂直自上而下定角度均衡分布的全方位視場，為車輛提供無死角的環(huán)境信息。半固態(tài)激光雷達無法實現(xiàn)真正的 360 度環(huán)視，通常需要與其他傳感器深度融合補盲。全固態(tài)激光雷達視場范圍也相對有限，同樣需要多傳感器協(xié)作。

(二)成本分析

機械式激光雷達由于沿用傳統(tǒng) “轉(zhuǎn)盤 + 激光發(fā)射器 + 接收陣列” 三大模塊結(jié)構(gòu)，技術(shù)成熟但成本高昂，單價往往達到數(shù)萬美金級別。這是因為其復雜的機械結(jié)構(gòu)和高精度的制造工藝，使得生產(chǎn)成本居高不下，嚴重限制了其在量產(chǎn)車型中的大規(guī)模應用。

半固態(tài)激光雷達通過將機械運動限制在更小的部件上，實現(xiàn)掃描器與靶材的分離，大幅降低了成本。隨著技術(shù)的成熟和量產(chǎn)規(guī)模的擴大，其成本優(yōu)勢將更加明顯，目前市場上主流的半固態(tài)激光雷達單價已可控制在較低水平，更符合車企的成本考量。

全固態(tài)激光雷達理論上具有最低的成本潛力，一旦量產(chǎn)良率提升，其單價有望被控制在幾百美元甚至更低。但目前受限于技術(shù)瓶頸，其研發(fā)和生產(chǎn)成本仍然較高，距離大規(guī)模商業(yè)化應用的成本目標還有一定距離。

(三)可靠性與壽命

機械式激光雷達的機械運動部件在長期使用過程中，容易因磨損、振動等因素影響性能，導致壽命受限，一般需要定期維護和更換部件，這在一定程度上增加了使用成本和風險。

半固態(tài)激光雷達雖然減少了機械運動部件，但仍存在部分小型機械掃描部件，如轉(zhuǎn)鏡或 MEMS 微鏡，不過相比機械式，其可靠性已有顯著提升，壽命也相應延長，并且更容易通過車規(guī)級認證，滿足汽車行業(yè)對產(chǎn)品可靠性和耐久性的嚴格要求。

全固態(tài)激光雷達由于完全取消了機械運動部件，從根本上消除了機械磨損帶來的問題，具有最高的可靠性和最長的壽命，理論上可實現(xiàn)數(shù)萬小時的無故障運行，這對于汽車這樣需要長期穩(wěn)定運行的產(chǎn)品來說，具有極大的吸引力，是未來車規(guī)級激光雷達的發(fā)展方向。

三、不同類型激光雷達在自動駕駛中的應用適配性

(一)機械式激光雷達與高階自動駕駛

對于 L4 及 L5 超高階自動駕駛，車輛在大多數(shù)場景下無需人工干預，對感知系統(tǒng)的性能和冗余度要求近乎苛刻。機械式激光雷達憑借其成熟穩(wěn)定的性能，尤其是出色的探測距離和高分辨率點云數(shù)據(jù)，一度成為 L4/L5 級測試車的首選。然而，其高昂的成本和較差的車規(guī)適配性(體積大、壽命短等)，使得在量產(chǎn)應用中困難重重，目前主要應用于一些對成本不太敏感的特定場景測試和高端科研項目中。

(二)半固態(tài)激光雷達與中低階自動駕駛

對于 L3 及以下級別的自動駕駛，包括 L2 高級駕駛輔助系統(tǒng) ADAS、L2 + 和 L3 半自動駕駛，半固態(tài)激光雷達在性能與成本之間找到了較好的平衡，成為當下更合理的選擇。以市場主流的轉(zhuǎn)鏡式半固態(tài)產(chǎn)品為例，其能夠提供足夠的探測距離(一般在 150 - 200 米范圍內(nèi)，10% 反射率目標可達到此距離)以及較高的垂直線數(shù)(64 - 128 線)，配合 360 度或局部多傳感器拼接，可滿足城市道路或高速公路場景下的車道保持、自動緊急制動(AEB)等功能需求。當半固態(tài)激光雷達與攝像頭、毫米波雷達、毫米級高精度地圖和高性能域控制器配合，可以構(gòu)建更具冗余安全性的多模態(tài)感知系統(tǒng)，為 L3 級自動駕駛提供有力支持，目前已廣泛應用于多款量產(chǎn)車型。

(三)全固態(tài)激光雷達的未來潛力

全固態(tài)激光雷達雖目前技術(shù)尚在發(fā)展階段，但憑借其體積小、可靠性高、成本潛力低等優(yōu)勢，被視為未來自動駕駛激光雷達的主流方向。在未來，隨著技術(shù)的不斷突破，尤其是 OPA 型在制造良率、相位調(diào)制精度等方面的提升，以及 Flash 型在探測距離、信噪比等問題的解決，全固態(tài)激光雷達有望在自動駕駛領(lǐng)域發(fā)揮更大作用，逐步從目前適用于短距離低速場景，拓展到中長距離高速場景，實現(xiàn)真正的車規(guī)級大規(guī)模應用，推動自動駕駛技術(shù)向更高水平發(fā)展。

綜上所述，機械、半固態(tài)、全固態(tài)激光雷達各有優(yōu)劣，在自動駕駛發(fā)展的不同階段和不同場景中都扮演著重要角色。當下，半固態(tài)激光雷達憑借其綜合優(yōu)勢成為量產(chǎn)車型的主流選擇，而全固態(tài)激光雷達則承載著未來的希望，隨著技術(shù)的不斷進步，將為自動駕駛帶來更廣闊的發(fā)展空間。