一、国内外知名激光雷达公司盘点
国外激光雷达公司产品概况
各企业激光雷达应用领域细分
二、三角测距激光雷达TOF激光雷达大赛
激光雷达广泛应用于服务机器人、无人驾驶、无人机AGV叉车等领域已成为众多智能设备的核心传感器，其重要性不言而喻。就市场上主流激光雷达产品而言，用于环境探测和地图构建的雷达一般可分为三角测距激光雷达和三角测距激光雷达两类TOF雷达。我相信很多人对这两个术语并不陌生，但也许每个人都或多或少地怀疑这两个方案从原则、性能到成本，以及背后的原因。今天我们来谈谈热三角测距激光雷达和TOF激光雷达。
三角形法的原理如下图所示。激光发射激光照射物体后，反射光线性CCD 由于激光器和探测器之间有一段距离，根据光学路径，不同距离的物体会成像CCD 在不同的位置。按三角形公式计算，可以推导被测物体的距离。
光看原理，你觉得很简单吗？
然而TOF 原理更简单。如图2所示 如所示，激光发射激光脉冲，计时器记录发射时间，返回光通过接收器接收，返回时间由计时器记录。两次减少是光的飞行时间，光速是一定的，所以在已知的速度和时间后很容易计算距离。
不幸的是，如果一切都像想象一样简单，那么世界就太美好了。这两种方案在具体实现时都有自己的挑战，但相比之下，TOF 显然要克服更多的困难。
TOF 实现雷达的主要困难在于：
1. 首先是计时问题。在TOF 在方案中，距离测量取决于时间测量。但是光速太快，所以要获得准确的距离，对计时系统的要求得非常高。一个数据是激光雷达测量1cm 相应的时间跨度约为65ps。熟悉电气特性的学生应该知道这背后对电路系统意味着什么。
2. 二是脉冲信号的处理。它分为两部分：
a) 一个是激光：三角形雷达对激光驱动几乎没有要求，因为测量激光回波的位置，所以只需要一个连续的光射击。TOF 但是，不仅脉冲激光，而且质量也不能太差。TOF 雷达的出射光脉宽约为几纳秒，上升边缘要求越快越好，所以每个产品的激光驱动方案也有高低之分。
b) 另一个是接收器。一般来说，回波时间识别实际上是对上升边缘的时间识别。因此，在处理回波信号时，必须确保信号尽量不失真。此外，即使信号没有扭曲，回波信号也不可能是理想的方波，因此在同一距离测量不同物体也会导致前沿变化。例如，测量同一位置的白纸和黑纸可能会得到下图中的两个回波信号，而时间测量系统必须测量两个前沿是同一时刻（因为距离是同一距离），这需要特殊处理。
除此以外，接收端还面临着信号饱和、底噪处理等等问题，可以说困难重重。
说了这么多，其实从下游用户的角度来说，并不在乎你是简单还是难以实现。用户最关心的是两点:性能和价格。先说性能。大多数了解这个行业的人都知道，TOF 雷达在性能上普遍优于三角形雷达。但具体方面是什么，背后的原因是什么？
1. 测量距离
原则上，TOF 能测量雷达的距离更远。事实上，几乎所有需要测量距离的场合，如无人驾驶汽车应用，都是TOF 雷达。三角雷达测量不远，主要有几个原因：一是原则上的限制，事实上，仔细观察图1 不难发现，三角形雷达测量的物体越远，在CCD 位置差异越小，超过一定距离后，CCD 几乎分不清。二是三角雷达不可能像三角雷达一样TOF 雷达获得高信噪比。TOF 激光雷达采用脉冲激光采样，可严格控制视场，减少环境光的影响。这些都是长距离测量的前提。
当然，距离长度并不意味着绝对的质量，这取决于具体的使用场景。
2. 采样率
在描述环境时，激光雷达输出点云图像。每秒可完成的点云测量次数，
是采样率。在一定速度下，采样率决定了每帧图像的点云数量和点云的角分辨率。角分辨率越高，点云数量越多，图像对周围环境的描述就越详细。
就市场上的产品而言，三角雷达的采样率一般为20k 以下，TOF 雷达可以更高。TOF 一次测量只需要一个光脉冲，实时时间分析可以快速响应。但三角形雷达需要更长的时间。
3. 精度
激光雷达本质上是一种测距设备，因此距离的测量精度无疑是核心指标。在这一点上，三角法在近距离下的精度非常高，但由于三角法的测量与角度有关，随着距离的增加，角度差异会越来越小。因此，三角形雷达在标记精度时通常使用百分比标记（通常如1%），因此在20%m 距离的最大误差是20cm。而TOF 雷达依赖于飞行时间，时间测量精度不会随着长度的增加而显著变化，所以大多数TOF 雷达可以在几十米的测量范围内保持几厘米的精度。
4. 转速(帧率)
在机械雷达中，图像帧率由电机转速决定。就目前市场上的二维激光雷达而言，三角雷达的最高速度通常是20Hz 以下，TOF 雷达可以30Hz-50Hz 左右。通常，三角形雷达通常采用上下分体结构，即上旋转部分负责激光发射、接收和采集，下部负责电机驱动和供电。重型运动部件限制了更高的速度。而TOF 雷达通常采用一体化的半固态结构，电机只需要驱动反射镜，所以电机功耗很小，可以支撑更高的速度。
当然，这里提到的速度差异只是对现有产品的客观分析。事实上，速度和雷达使用TOF 或者三角法没有本质的联系，主流多线TOF 雷达也采用上下分体结构，毕竟同轴结构的光学设计受到很多限制。TOF 雷达的转速一般为20Hz 以下。
然而，对点云成像效果的高速(或高帧率)是有意义的。高帧率更有利于捕捉高速运动的物体，如高速公路上的车辆。此外，当自己构图时，运动中的雷达构图会发生畸变（例如，如果静态雷达扫描一个圆，则当雷达直线移动时，扫描的图像会变成椭圆）。显然，高速可以更好地减少这种畸变的影响。
激光雷达的类型
激光雷达是激光和全球定位系统的集合（GPS）、和IMU与普通雷达相比，激光雷达具有分辨率高、隐蔽性好、抗干扰能力强等优点。随着科学技术的不断发展，激光雷达的应用越来越广泛。它可以在机器人、无人驾驶、无人驾驶汽车等领域看到。如果有需求，就会有市场。随着激光雷达需求的不断增加，激光雷达的种类也变得琳琅满目。根据使用功能、探测方法、载荷平台等激光雷达可分为不同类型。
激光雷达类型图
雷达的激光测距
激光测距雷达是通过向被测物体发射激光束并接收激光束的反射波来确定被测物体与测点之间的距离，记录时差。传统上，激光雷达可用于工业安全 在科幻电影中看到的激光墙等全检测领域，当有人闯入时，系统会立即做出反应并发出预警。此外，激光测距雷达也广泛应用于空间测绘领域。但随着人工智能行业的兴起，激光测距雷达已成为机器人体内不可或缺的核心部件，配合SLAM使用技术可以帮助机器人实时定位导航，实现自主行走。思岚科技开发rplidar系列配合slamware模块使用是服务机器人独立定位导航的典型代表。它可以在25米的测距半径内完成每秒数万次的激光测距，并实现毫米级的分析。
激光测速雷达
激光测速雷达是通过对被测物体进行两次具有特定时间间隔的激光测距来测量物体的移动速度。
激光雷达测量速度的方法主要有两种，一种是基于激光雷达测量距离的原理，即连续测量一定时间间隔的目标距离，将两个目标距离的差除以时间间隔，根据距离差的正负确定速度方向。该方法系统结构简单，测量精度有限，只能用于反射强激光的硬目标。
另一种速度测量方法是使用多普勒频移。多普勒频移是指当目标和激光雷达之间存在相对速度时，接收回波信号和发射信号之间的频率差，即多普勒频移。
激光成像雷达
激光成像雷达可用于探测和跟踪目标，获取目标方向和速度信息。它可以完成普通雷达无法完成的任务，如探测潜艇、水雷、隐藏的军事目标等。广泛应用于军事、航空航天、工业和医疗领域。
大气探测激光雷达
大气探测激光雷达主要用于探测大气中分子、烟雾的密度、温度、风速、风向和水蒸气的浓度，以监测大气环境，预测暴风雨、沙尘暴等灾害性天气。
跟踪雷达
跟踪雷达可以连续跟踪目标，测量目标的坐标，提供目标的运动轨迹。它不仅用于火炮控制、导弹制导、外弹道测量、卫星跟踪、突防技术研究等，而且在气象、交通、科学研究等领域也在扩大。
固体激光雷达
固体激光雷达峰值功率高，输出波长范围与现有光学元件和器件、现有光学元件和器件（如调节器、隔离器和探测器）和大气传输特性相匹配，易于实现主振荡器-功率放大器（MOPA）固体激光雷达结构高、体积小、重量轻、可靠性高、稳定性好。近年来，二极管泵浦固体激光雷达是激光雷达发展的重点。
气体激光雷达
气体激光雷达CO以激光雷达为代表，它在红外波段工作 ，大气传输衰减小，探测距离长，在大气风场和环境监测中发挥了重要作用，但体积大，使用中红外 HgCdTe探测器必须在77K气体激光雷达的发展受到温度工作的限制。
半导体激光雷达
半导体激光雷达可以高频重复连续工作，具有长寿命，小体积，低成本和对人眼伤害小的优点，被广泛应用于后向散射信号比较强的Mie散射测量，如探测云底高度。半导体激光雷达的潜在应用是测量能见度，获得大气边界层中的气溶胶消光廓线和识别雨雪等，易于制成机载设备。目前芬兰Vaisala公司研制的CT25K激光测云仪是半导体测云激光雷达的典型代表，其云底高度的测量范围可达7500m。
单线激光雷达
单线激光雷达主要用于规避障碍物，其扫描速度快、分辨率强、可靠性高。由于单线激光雷达比多线和3D激光雷达在角频率和灵敏度反映更加快捷，所以，在测试周围障碍物的距离和精度上都更加精 确。但是，单线雷达只能平面式扫描，不能测量物体高度，有一定局限性。当前主要应用于服务机器人身上，如我们常见的扫地机器人。
多线激光雷达
多线激光雷达主要应用于汽车的雷达成像，相比单线激光雷达在维度提升和场景还原上有了质的改变，可以识别物体的高度信息。多线激光雷达常规是2.5D，而且可以做到3D。目前在国际市场上推出的主要有 4线、8线、16 线、32 线和 64 线。但价格高昂，大多车企不会选用。
MEMS型激光雷达
MEMS 型激光雷达可以动态调整自己的扫描模式，以此来聚焦特殊物体，采集更远更小物体的细节信息并对其进行识别，这是传统机械激光雷达无法实现的。MEMS整套系统只需一个很小的反射镜就能引导固定的激光束射向不同方向。由于反射镜很小，因此其惯性力矩并不大，可以快速移动，速度快到可以在不到一秒时间里跟踪到 2D 扫描模式。
Flash型激光雷达
Flash型激光雷达能快速记录整个场景，避免了扫描过程中目标或激光雷达移动带来的各种麻烦，它运行起来比较像摄像头。激光束会直接向各个方向漫射，因此只要一次快闪就能照亮整个场景。随后，系统会利用微型传感器阵列采集不同方向反射回来的激光束。Flash LiDAR有它的优势，当然也存在一定的缺陷。当像素越大，需要处理的信号就会越多，如果将海量像素塞进光电探测器，必然会带来各种干扰，其结果就是精度的下降。
相控阵激光雷达
相控阵激光雷达搭载的一排发射器可以通过调整信号的相对相位来改变激光束的发射方向。目前大多数相控阵激光雷达还在实验室里呆着，而现在仍停留在旋转式或 MEMS 激光雷达的时代，
机械旋转式激光雷达
机械旋转式激光雷达是发展比较早的激光雷达，目前技术比较成熟，但机械旋转式激光雷达系统结构十分复杂，且各核心组件价格也都颇为昂贵，其中主要包括激光器、扫描器、光学组件、光电探测器、接收IC以及位置和导航器件等。由于硬件成本高，导致量产困难，且稳定性也有待提升，目前固态激光雷达成为很多公司的发展方向。
直接探测激光雷达
直接探测型激光雷达的基本结构与激光测距机颇为相近。工作时，由发射系统发送一个信号，经目标反射后被接收系统收集，通过测量激光信号往返传播的时间而确定目标的距离。至于目标的径向速度，则可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速度。
相干探测激光雷达
相干探测型激光雷达有单稳与双稳之分，在所谓单稳系统中，发送与接收信号共用一个光学孔径，并由发送-接收开关隔离。而双稳系统则包括两个光学孔径，分别供发送与接收信号使用，发送-接收开关自然不再需要，其余部分与单稳系统相同。
连续型激光雷达
从激光的原理来看，连续激光就是一直有光出来，就像打开手电筒的开关，它的光会一直亮着（特殊情况除外）。连续激光是依靠持续亮光到待测高度，进行某个高度下数据采集。由于连续激光的工作特点，某时某刻只能采集到一个点的数据。因为风数据的不确定特性，用一点代表某个高度的风况，显然有些片面。因此有些厂家折中的办法是采取旋转360度，在这个圆边上面采集多点进行平均评估，显然这是一个虚拟平面中的多点统计数据的概念。
脉冲型激光雷达
脉冲激光输出的激光是不连续的，而是一闪一闪的。脉冲激光的原理是发射几万个的激光粒子，根据国际通用的多普勒原理，从这几万个激光粒子的反射情况来综合评价某个高度的风况，这个是一个立体的概念，因此才有探测长度的理论。从激光的特性来看，脉冲激光要比连续激光测量的点位多几十倍，更能够精 确的反应出某个高度风况。
机载激光雷达
机载激光雷达是将激光测距设备、GNSS设备和INS等设备紧密集成，以飞行平台为载体，通过对地面进行扫描，记录目标的姿态、位置和反射强度等信息，获取地表的三维信息，并深入加工得到所需空间信息的技术。在军民用领域都有广泛的潜力和前景。机载激光雷达探测距离近，激光在大气中传输时，能量受大气影响而衰减，激光雷达的作用距离在20千米以内，尤其在恶劣气候条件下，比如浓雾、大雨和烟、尘，作用距离会大大缩短，难以有效工作。大气湍流也会不同程度上降低激光雷达的测量精度。
车载激光雷达
车载激光雷达又称车载三维激光扫描仪，是一种移动型三维激光扫描系统，可以通过发射和接受激光束，分析激光遇到目标对象后的折返时间，计算出目标对象与车的相对距离，并利用收集的目标对象表面大量的密集点的三维坐标、反射率等信息，快速复建出目标的三维模型及各种图件数据，建立三维点云图，绘制出环境地图，以达到环境感知的目的。车载激光雷达在自动驾驶“造车”大潮中扮演的角色正越来越重要，诸如谷歌、百度、宝马、博世、德尔福等企业，都在其自动驾驶系统中使用了激光雷达，带动车载激光雷达产业迅速扩大。
地基激光雷达
地基激光雷达可以获取林区的3D点云信息，利用点云信息提取单木位置和树高，它不仅节省了人力和物力，还提高了提取的精度，具有其它遥感方式所无法比拟的优势。通过对国内外该技术林业应用的分析和对该发明研究后期的结果验证，未来将会在更大的研究区域利用该技术提取各种森林参数。
星载激光雷达
星载雷达采用卫星平台，运行轨道高、观测视野广，可以触及世界的每一个角落。为境外地区三维控制点和数字地面模型的获取提供了新的途径，无论对于国防或是科学研究都具有十分重大意义。星载激光雷达还具有观察整个天体的能力，美国进行的月球和火星等探测计划中都包含了星载激光雷达，其所提供的数据资料可用于制作天体的综合三维地形图。此外，星载激光雷达载植被垂直分布测量、海面高度测量、云层和气溶胶垂直分布测量以及特殊气候现象监测等方面也可以发挥重要作用。
通过以上对激光雷达特点、原理、应用领域等介绍，相信大家也能大致了解各类激光雷达的不同属性了，眼下，在激光雷达这个竞争越来越激烈的赛道上，打造低成本、可量产、的激光雷达是很多新创公司想要实现的梦想。但开发和量产激光雷达并不容易。丰富的行业经验和可靠的技术才能保障其在这一波大潮中占据主导地位。
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