面阵固态激光雷达

面阵固态激光雷达与传统的扫描激光雷达相比，因为其具有数据点采样均匀准确、体积小方便集成、成本低等优点，可将固态激光雷达作为传感模块，这对于未来自动驾驶提供了无限可能。通常，固态激光雷达探测器有Geiger APD，线性模式的APD，波长小于1 000 nm的应用中可以利用可见光摄像头，可以使用硅基传感器，而介于1 000~2 000 nm之间时则需要使用Ge或者InGaAs做探测器，由于硅光电二极管对光谱的响应为400~1 100 nm，其峰值响应为900 nm，同时，近红外波段处于大气窗口。这为研制905 nm近红外激光雷达芯片带来了可能。此次选用的探测器中心工作波长为905 nm，其量子效率为25%，单位像元面积为35 μm×45 μm，感光面阵列为512×256，整个像面尺寸为19.5 mm×11.5 mm。

激光雷达原理

与雷达工作原理类似，激光雷达通过测量激光信号的时间差和相位差来确定距离，但其很大优势在于能够利用多谱勒成像技术，创建出目标清晰的 3D 图像。激光雷达通过发射和接收激光束，分析激光遇到目标对象后的折返时间，计算出到目标对象的相对距离，并利用此过程中收集到的目标对象表面大量密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，快速得到出被测目标的三维模型以及线、面、体等各种相关数据，建立三维点云图，绘制出环境地图，以达到环境感知的目的。由于光速非常快，飞行时间可能非常短，因此要求测量设备具备非常高的精度。从效果上来讲，激光雷达维度（线束）越多，测量精度越高，安全性就越高。

激光雷达结构

基于二维MEMS扫描振镜的激光雷达系统采用飞行时间法测距，整体光路采用收发并行光路系统，光源为半导体脉冲激光器，探测器为高灵敏度的APD阵列探测器，激光雷达工作时，控制系统使激光器发出高频率脉冲激光，经由准直系统准直为发散角较小的光束，再控制二维MEMS扫描振镜的偏转角，改变出射光束方向，逐点扫描目标；目标反射的回波光束经过接收光学系统会聚到APD阵列探测器表面，APD阵列探测器上对应的单元被选通以接收光信号。控制系统基于时间飞行法（ToF）准确计算激光飞行往返路径的时间来实现距离测量。

演示面阵激光雷达的工作原理

如今，激光雷达技术不仅应用于领域，而且应用于消费品领域。以面阵激光雷达为例，由于其快速、准确的三维距离检测和测量能力，在智能设备中得到了广泛的应用。在这个例子中，我们演示了一个典型的面阵激光雷达的工作原理，该雷达由光源阵列、准直透镜系统以及衍射光栅作为分束器组成。分析在空间和空间频率域中进行。