激光雷達技術難在哪？

激光雷達，簡而言之即通過主動發(fā)射及接收激光信號實現三維探測的高精度傳感器，“它由激光發(fā)射、激光信號接收、光學及掃描、信號處理和系統控制等模塊組成。”北科天繪技術總監(jiān)張珂殊介紹道，激光雷達不僅自身就是高度集成化的光機電一體化傳感器，使用中還要與全球衛(wèi)星定位（如北斗、GPS）、慣性導航單元（IMU）、可見光相機、紫外相機、高光譜相機等各種傳感器做時空同步集成，涉及多傳感器數據融合和一體化標定，技術門檻很高。 由于涉及多傳感器數據融合和一體化標定，激光雷達的技術門檻很高。

“激光雷達的工作原理與微波雷達相近，以激光做信號源，激光信號到達目標表面 ——樹木、道路、橋梁和建筑物等，在上述目標表面產生后向散射，從而使一部分激光回波信號回到激光雷達的接收器。然后通過光電信號轉換和信號處理，實現激光測距計算，即得到目標點測距。激光信號掃描目標物表面后，還可以得到目標物表面三維點的數據，用此數據進行三維成像處理后，我們就擁有了精確的三維目標模型數據（目標立體圖）?！睆堢媸庹f。

北科天繪總經理張智武說，國際先進測繪型激光雷達的核心性能指標包括：公里級測距范圍，毫米級測距精度，百萬級激光發(fā)射頻率。這要求高度優(yōu)化的激光雷達系統設計技術，尤其是激光雷達信號的精細和實時處理能力，包括微弱信號的采集和放大，噪聲的識別和濾除以及時間精準計量，空間位置信息和反射強度信息的瞬態(tài)測量等。 　　

“由于光的傳播速度極快，上述信號接收，處理和三維數據生成要在極短的時間內（納秒）完成，因此難度很大?！睆堉俏湔f，激光雷達是迄今為止最復雜的，效率和精度最高的傳感器之一，與相機相比，它多了主動發(fā)光和光信號調制及解調的模塊，實現每秒鐘百萬次精準測量，其本身就是一個復雜的集成性系統。 　　

然而，如此復雜的集成性系統，也讓集成電路設計成了激光雷達技術研發(fā)的攔路虎，大量國產激光雷達過于復雜的組裝會讓激光雷達體積重量過大，使用起來很不方便。 　　

芯片組獨辟蹊徑，雷達實現小身板 　　

“我們的核心競爭力正是創(chuàng)新了激光雷達的芯片和集成電路設計。”張珂殊表示，傳統的激光雷達集成電路技術，需要將激光發(fā)射器、探測器、放大器等數百個電子元器件封裝到一個比指甲蓋還小的專用芯片中，用單枚芯片實現激光雷達的整體控制。

傳統激光雷達需要依靠人工實現激光發(fā)射電路板和接收電路板的微米級對準，這種工藝耗時、低效，且設備體積較大。 圖2：新技術讓模塊間以類似積木的形式快速搭建，無需依賴多次人工對準，實現了機器自動對準，提高總裝效率的同時，也減小了設備尺寸。 　　

“然而傳統的激光雷達是由電路板構成，比如我們通常說的16線激光雷達就是由16對激光電路板組成，需要依靠人工實現激光發(fā)射電路板和接收電路板的微米級對準，這種工藝耗時、低效，且體積較大。而我們使用自主開發(fā)的激光雷達信號處理芯片組，通過半導體封裝工藝精巧地解決了精密光機裝調與大尺寸機械誤差間跨數量級尺度差異，使復雜的激光雷達組裝及測試過程極大簡化（如圖2），模塊間以類似積木的形式快速搭建，無需依賴多次人工對準，實現了機器自動對準，提高總裝效率的同時，也減小了設備尺寸。”張珂殊介紹， 獨辟蹊徑的激光雷達的芯片和集成電路設計，讓激光雷達“活”出了小身板。