转镜式和MEMS“两驾马车”双驱动，谁才是激光雷达前装量产的最佳方案？

根据高工智能汽车研究院数据显示，2021年已经有包括小鹏P5、北汽极狐华为HI版、奥迪E-Tron等多款车型搭载激光雷达量产交付，还有一批搭载激光雷达的高端智能车型后续将陆续量产上市。

在这些2021年已经量产上市的车型当中，无一例外都选用了转镜式方案，至于MEMS方案将在2022年开始规模化量产上车。

这背后，转镜式方案是目前唯一经过批量上车验证且供应链成熟、性价比较高的车规级激光雷达技术方案，累计出货量已经超过了十多万套。比如法雷奥一代、二代SCALA、华为等选用的都是转镜式扫描方案。

一定程度上，这也折射出车载激光雷达的技术路线之争，背后最为核心的诉求是激光雷达能否满足车规级认证，以及在成本、性能、供应链等方面是否满足OEM厂商大规模量产的要求。

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 “当前，国内乘用车激光雷达技术路线之争，实际上就是转镜式与MEMS两种技术路线的竞争。”多位业内人士曾如此表示。虽然完全固态激光雷达是未来的必然趋势，但由于相关技术还未成熟，未来5年内，以转镜式、MEMS方案为主的半固态方案将是激光雷达的主流方案。

众所周知，自动驾驶公司最早选用的激光雷达方案是机械旋转式方案，但由于机械旋转方案存在成本较高、装配困难、机械零部件寿命不长等缺点，较难应用在规模化量产的车型当中。而后，各大企业纷纷转向更易量产且成本更低的半固态激光雷达。

与机械式激光雷达采用机械结构旋转进行360°扫描不同，MEMS方案的核心光束操纵原件为微振镜，通过高速振动的微振镜代替传统的机械旋转装置，可以减少激光器和探测器的使用数量（激光发射器和接收器数量最低仅需一组），极大降低成本和体积。

不过，MEMS扫描镜本身就是由非常细小的悬臂梁来固定和控制的，在车载环境下的振动和冲击会影响微振镜的使用寿命。同时，要想提高MEMS的探测距离，还需要提高镜面尺寸，MEMS振镜的成本也就越大。

而转镜方案在雷达的一侧是激光的发射和接收装置，两者被物理隔开。其中激光的发射方向是一个可围绕中心旋转的多边形反射镜，通过电机旋转反射镜实现激光的扫描，具备装置固定、产品体积小、成本低、易过车规等优势。

这两大技术路线很明显的区别是，MEMS振镜是围绕着某条直径上下振动；而转镜方案则是围绕圆心旋转，功耗更低，且耐热性能、耐久性更好，这是MEMS扫描方案难以企及的优势。

激光雷达企业未感科技CEO严伟振表示，最重要的是，转镜式方案是当前已经经过批量上车验证的技术方案，在供应链成熟度、性价比、产能体量等方面也具有其他技术路线无法比拟的优势。

因此，基于转镜式方案进行一系列的技术创新，成为了不少激光雷达厂商的突围之路。

比如，未感科技基于转镜式方案，采用新型模块化光学系统设计以及运用物理层算法技术等，重磅推出了极具成本优势、性能优势又能满足车规级需求的前装车载激光雷达产品——暴龙和翼龙。

未感科技这两款车载激光雷达产品均采用了905nm EEL+APD收发组合，在尺寸、探测距离等性能参数上面表现极为优异。例如，紧凑型的翼龙激光雷达尺寸仅有长120* 宽95*高48mm；而暴龙激光雷达的探测距离达到300米（10%反射率），最远探测距离大于500米，垂直视场角达到25度，水平视场角120度……

要知道，Innovusion基于1550nm光纤激光器光源的猎鹰系列激光雷达在10%反射率下探测距离也仅有250米，而华为首款96线激光雷达在10%反射率下仅可以实现150米的测距。

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毋庸置疑，要想真正实现安全可靠的高阶自动驾驶，一定要看得足够远、看得足够清晰。但在符合人眼安全等级的功率下，905nm激光雷达很难在200米以外的公路上探测到高度为10cm及更小的物体。

因此，最近几年国内外诸多激光雷达厂商纷纷采用1550nm光源，以突破更高的探测距离等技术瓶颈。

那么，如何基于905nm光源打造车载激光雷达，依旧可以实现300米的探测距离并且可以将产品尺寸做到这么紧凑？

答案是——物理层算法技术和新型模块化光学系统设计。

“传统的905nm方案适用门限判决或者TDC，对于远距离的小信号回波检测能力有限。” 这是业内技术人员通常的直观感受。而未感科技通过采集高采样率的回波波形数据，并且应用物理层算法对波形进行信号处理，实时补偿信号失真、计算和消除串扰、抑制背景光等方式，从而达到了长距离、高精度的探测。

资料显示，物理层算法主要源于“光通信”和“雷达”领域已经成功商用的物理层信号处理技术，它的关键在于提高远距离或者低反射率目标情况下的微弱反射回光的信号质量，即在计算点云数据的距离之前预先处理，从而提升激光雷达的最远可探测距离。

“物理层算法能够探测到更远距离传来的信号，并且能够改善恶劣天气、强光照射等极端天气下的探测性能。”严伟振举例介绍了物理层算法包含两个重要的算法单元——尖刺消除单元和去背景光噪声单元。

其中，尖刺消除单元经过设计可以保证多路径上的尖刺干扰不同，同时有效回波信号是已知的，从而区分尖刺干扰和有效信号，消除干扰影响，使得微弱的回波信号能够被探测到，最终提升激光雷达的探测范围。

而去背景光噪声单元利用不含有效回波信号的探测器来估计背景光噪声，再从含有有效回波信号的探测器输出中减去背景光噪声，同样也使得微弱信号被探测到，提升最远可探测距离。

与此同时，在激光雷达的内部结构设计当中，未感科技还采用多线收发模块化方法，将若干线或通道的光电器件、电路板和光学元件等都做到一个标准的模块内部，然后按照激光雷达规格需求，组装或者叠加不同数量的模块，从而达到内部空间利用率高、布局紧凑、装配成本大大降低等效果。

过去，各大激光雷达厂商大多基于激光器、探测器、测距方式、扫描方式等不同的组合方式来创新激光雷达的技术路线，而打造一台在成本、性能等方面都具备优势的车载激光雷达，大多数都是革新传统旋转式激光雷达的机械设计。

这样做的好处是，大量减少激光雷达的可移动部件，使得结构和量产变得简单，成本也会相应地降低。

很明显，未感科技成为了业内首批跳出不同维度的排列组合，并且率先提出采用先进物理层算法来提升激光雷达探测距离的企业，成为了继法雷奥、华为之后的转镜式激光雷达方案的新晋代表。 

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激光雷达技术路线之争的背后，其实就是成本、车规和大规模量产优势的博弈。

据了解，不同激光雷达的成本与价格主要取决于激光器、探测器、扫描器等关键部件的价格，以及激光雷达的结构、装配成本。“探测距离每提升1米、视场角每提升1°，成本都会随之增加。”严伟振如此表示，这也是未感科技不采用昂贵的光器件来提升探测范围的重要原因。

围绕“高性能、低成本、可量产”的几大指标，未感科技选用更低成本的905nm激光器以及物理层算法技术，推出了基于转镜式方案的车载激光雷达系列产品。

未来，未感科技将在数字信号处理上面采用专用ASIC替代FPGA，从而进一步降低了激光雷达的量产成本。

（配图为：未感的激光雷达产品）

在前装车载激光雷达“两驾马车”的另一端，MEMS方案也在快速落地，比如速腾聚创、一径科技等厂商推出的MEMS激光雷达产品也已经拿下量产定点，甚至已经实现了小批量出货。

不可否认，在当前诸多的激光雷达技术路线当中，哪条才是激光雷达的终极路线，目前还尚不明确。但可以明确的是，不论哪种技术路线，只有满足了可规模量产、成本、性能的多方面要求，才能够在激烈的市场竞争当中实现异军突围。

如此看来，足够有竞争力的产品性能、价格以及能够提高探测距离的物理层算法技术等，都是一家优秀激光雷达企业在车载激光雷达市场实现持续赛跑的核心竞争优势和关键。

原文始发于微信公众号（高工智能汽车）：转镜式和MEMS“两驾马车”双驱动，谁才是激光雷达前装量产的最佳方案？