[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號(hào)]隨著各車企在智能駕駛領(lǐng)域的競爭不斷加強(qiáng)，越來越多新技術(shù)在汽車上得以搭載，城市NOA作為體現(xiàn)智能駕駛應(yīng)用最為普遍的一個(gè)場景，也成為車企技術(shù)追逐的重點(diǎn)。當(dāng)越來越多車企公布自己的城市NOA方案后，可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)很明顯的趨勢，那便是城市NOA似乎都需要激光雷達(dá)進(jìn)行輔助，雖然曾一直高呼“純感知”的技術(shù)路線，但也不得不承認(rèn)激光雷達(dá)的“真香”定律。就如比亞迪的天神之眼智駕系統(tǒng)，其天神之眼A與天神之眼B均搭載了激光雷達(dá)，且功能更為強(qiáng)大的城市之眼A更是搭載了3個(gè)激光雷達(dá)，以實(shí)現(xiàn)全國無圖導(dǎo)航（即在無預(yù)先加載地圖情況下的導(dǎo)航駕駛）和四方泊車功能，為何城市NOA離不開激光雷達(dá)？

基于激光雷達(dá)的自動(dòng)駕駛解決方案

激光雷達(dá)基于激光束的發(fā)射與接收，通過測量激光脈沖從發(fā)射到目標(biāo)反射返回所需的時(shí)間或相位差，精確計(jì)算出物體的距離。這一技術(shù)利用激光在空氣中的傳播速度以及激光器與接收器的協(xié)同工作，生成大量的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建出高精度的三維環(huán)境模型。由于激光雷達(dá)能夠直接輸出物體的距離和角度信息，因此相比傳統(tǒng)的攝像頭，其在弱光、強(qiáng)光以及惡劣天氣條件下表現(xiàn)更為穩(wěn)定，并且大大減少了對(duì)復(fù)雜圖像處理和深度學(xué)習(xí)算法的依賴。正是這些優(yōu)點(diǎn)，使得激光雷達(dá)成為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中不可或缺的核心傳感器，為車輛在復(fù)雜道路環(huán)境中實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位與高效路徑規(guī)劃提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

激光雷達(dá)在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)掃描方式、線束數(shù)量、測距原理及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等維度可以劃分為不同類別。傳統(tǒng)的機(jī)械式激光雷達(dá)采用發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)整體旋轉(zhuǎn)，通過360度掃描構(gòu)建環(huán)境模型，雖然這種技術(shù)測距距離較遠(yuǎn)且技術(shù)成熟，但其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械部件壽命有限以及裝配調(diào)試工藝要求高，使得成本較高且難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)。

為了解決這些問題，混合固態(tài)激光雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生，其核心在于利用微動(dòng)器件替代傳統(tǒng)的機(jī)械掃描，通過諸如MEMS振鏡、轉(zhuǎn)鏡和棱鏡式的方案實(shí)現(xiàn)激光束的掃描。其中，MEMS振鏡技術(shù)因體積小、成本低而受到關(guān)注，但受限于振鏡轉(zhuǎn)動(dòng)角度的不足，往往需要多臺(tái)設(shè)備拼接使用；轉(zhuǎn)鏡式技術(shù)則因其良好的穩(wěn)定性和可靠性成為當(dāng)前的主流選擇；而棱鏡式激光雷達(dá)則在提高探測精度和距離上具有獨(dú)特優(yōu)勢，但機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜。隨著技術(shù)不斷進(jìn)步，純固態(tài)激光雷達(dá)憑借完全無機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件的特點(diǎn)，通過光學(xué)相控陣（OPA）或閃光（Flash）方式實(shí)現(xiàn)掃描，結(jié)構(gòu)更加簡單、體積更小且耐用性大幅提升，將逐步成為未來車載以及消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品的主流發(fā)展方向。

在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，激光雷達(dá)、攝像頭、毫米波雷達(dá)和超聲波雷達(dá)通常共同構(gòu)成多傳感器融合感知系統(tǒng)。攝像頭在識(shí)別物體顏色、紋理以及細(xì)節(jié)信息方面具有天然優(yōu)勢，但受環(huán)境光線變化的影響較大，需要依賴深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行圖像處理。毫米波雷達(dá)則具有較強(qiáng)的穿透能力和抗干擾能力，但其分辨率和測距精度往往無法滿足高精度環(huán)境建模的需求。相比之下，激光雷達(dá)憑借高距離精度、高角度分辨率及低延遲等特性，可以在復(fù)雜場景下穩(wěn)定提供詳細(xì)的三維環(huán)境數(shù)據(jù)，為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)構(gòu)建準(zhǔn)確的道路場景和物體邊界提供了極為關(guān)鍵的數(shù)據(jù)支持。這種直接獲取精確距離和角度信息的優(yōu)勢，使得激光雷達(dá)在提升自動(dòng)駕駛系統(tǒng)安全性和響應(yīng)速度方面具有不可替代的作用。

為何城市NOA離不開激光雷達(dá)？

城市NOA（城市導(dǎo)航輔助駕駛）離不開激光雷達(dá)，主要原因在于其在復(fù)雜城市交通場景中的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢。與高速公路等相對(duì)規(guī)則的駕駛環(huán)境不同，城市道路場景存在大量如行人、非規(guī)則障礙物、交通標(biāo)志、靜態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施和其他車輛等動(dòng)態(tài)且不可預(yù)測的因素。激光雷達(dá)通過高密度的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，能夠在復(fù)雜的城市環(huán)境中實(shí)時(shí)捕獲周圍物體的位置、形狀和動(dòng)態(tài)信息，構(gòu)建高精度的3D環(huán)境模型。相比攝像頭、毫米波雷達(dá)等其他感知設(shè)備，激光雷達(dá)具備更高的精度和更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，可以為城市NOA提供更可靠的環(huán)境感知數(shù)據(jù)，顯著降低感知系統(tǒng)誤判或漏判的風(fēng)險(xiǎn)。

激光雷達(dá)在識(shí)別非規(guī)則障礙物方面具有無可替代的優(yōu)勢。在城市交通環(huán)境中，不規(guī)則障礙物的種類繁多，這些目標(biāo)的形狀和反射特性各異。攝像頭通常需要通過深度學(xué)習(xí)算法來識(shí)別物體類別，但在陰影、強(qiáng)光或夜晚等光照條件下的可靠性較低。毫米波雷達(dá)則更適合探測金屬或規(guī)則形狀的物體，對(duì)小型或非金屬物體的反射較差，且分辨率較低。相比之下，激光雷達(dá)直接輸出高精度的3D點(diǎn)云信息，無需復(fù)雜的圖像處理，能夠準(zhǔn)確、快速地識(shí)別不規(guī)則障礙物的位置和形狀，為路徑規(guī)劃和動(dòng)態(tài)決策提供精準(zhǔn)的環(huán)境數(shù)據(jù)支撐。

激光雷達(dá)在靜態(tài)與動(dòng)態(tài)物體的高精度測距能力方面極為重要。城市NOA需要車輛在動(dòng)態(tài)交通環(huán)境中應(yīng)對(duì)頻繁變動(dòng)的車輛與行人行為，譬如車輛突然變道、行人闖紅燈或騎行者從盲區(qū)突然出現(xiàn)等場景經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)。在這種場景中，激光雷達(dá)能夠以厘米級(jí)精度測量物體與車輛之間的距離，并通過連續(xù)的點(diǎn)云幀數(shù)據(jù)快速判斷物體的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度。這種能力使得車輛在短時(shí)間內(nèi)快速完成路徑重規(guī)劃，避免交通事故的發(fā)生。這種高速且精準(zhǔn)的環(huán)境感知特性，是攝像頭和毫米波雷達(dá)難以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)的，特別是在緊急情況下，激光雷達(dá)提供的實(shí)時(shí)性和高置信度成為保障車輛安全的重要支撐。

激光雷達(dá)在復(fù)雜城市場景中的全場景適用性，也進(jìn)一步鞏固了其在城市NOA系統(tǒng)中的不可替代性。與高速公路不同，城市道路存在大量靜態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施與動(dòng)態(tài)交通要素，如交通燈、路牌、路沿、樹木和建筑等，環(huán)境高度復(fù)雜且具有隨機(jī)性。激光雷達(dá)可以通過高角度分辨率的三維建模能力，在高密度交通或復(fù)雜基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境中，清晰區(qū)分不同類型的物體。這種識(shí)別與分割能力不僅有助于精準(zhǔn)導(dǎo)航，還能有效提升車輛在復(fù)雜場景下的通過能力。

激光雷達(dá)在低延遲響應(yīng)與高安全冗余方面的優(yōu)勢，也是城市NOA不可或缺的重要原因。在城市道路中，如行人可能會(huì)從視線盲區(qū)突然出現(xiàn)，騎行者可能會(huì)因躲避障礙物突然變道，或者前方車輛在擁堵中突然剎車等突發(fā)事件的發(fā)生頻率遠(yuǎn)高于高速公路。在這些場景中，車輛必須在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)做出決策，低延遲的響應(yīng)直接關(guān)系到交通安全。激光雷達(dá)不依賴于環(huán)境光照，能夠在各種天氣和光線條件下輸出穩(wěn)定、可靠的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)測量環(huán)境變化。這種快速響應(yīng)與高精度感知能力，為自動(dòng)駕駛決策系統(tǒng)提供了足夠的時(shí)間窗口來進(jìn)行緊急制動(dòng)、躲避或路徑重規(guī)劃，大大提升了系統(tǒng)的整體安全性。

在多傳感器融合技術(shù)下，激光雷達(dá)也承擔(dān)了關(guān)鍵的感知冗余角色。實(shí)現(xiàn)高級(jí)別自動(dòng)駕駛（L3及以上）的一大難點(diǎn)是如何在單一傳感器失效時(shí)，依靠其他傳感器提供足夠的信息冗余來確保系統(tǒng)安全。由于激光雷達(dá)與攝像頭、毫米波雷達(dá)的感知原理不同，它們在不同場景下的感知特性具有高度的互補(bǔ)性。在視覺受限（如大霧、夜晚或強(qiáng)光）或雷達(dá)信號(hào)干擾嚴(yán)重的情況下，激光雷達(dá)依然能夠提供完整且高精度的三維環(huán)境數(shù)據(jù)，成為系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)的重要支撐。通過與攝像頭和毫米波雷達(dá)的數(shù)據(jù)融合，激光雷達(dá)為城市NOA系統(tǒng)提供了多重保障，顯著提升了整體的系統(tǒng)可靠性。

激光雷達(dá)在地圖重建和高精度定位中的作用同樣不可忽視。城市NOA不僅僅依靠標(biāo)準(zhǔn)地圖導(dǎo)航，還需要結(jié)合高精度地圖來實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位，這對(duì)車輛在復(fù)雜城市環(huán)境中的精準(zhǔn)行駛至關(guān)重要。激光雷達(dá)通過實(shí)時(shí)掃描周邊環(huán)境，獲取地標(biāo)性信息（如路沿、標(biāo)志性建筑或路牌）并與高精地圖中的靜態(tài)地標(biāo)進(jìn)行匹配，從而實(shí)現(xiàn)車輛的精準(zhǔn)定位。這種基于環(huán)境感知的定位方式，不僅在GPS信號(hào)弱或失效時(shí)提供了關(guān)鍵備份，還能夠動(dòng)態(tài)更新地圖數(shù)據(jù)，以應(yīng)對(duì)城市環(huán)境中基礎(chǔ)設(shè)施的變化。這一能力極大提升了城市NOA系統(tǒng)在復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境中的魯棒性與可靠性。

激光雷達(dá)發(fā)展趨勢

激光雷達(dá)看似簡單，卻涵蓋了激光發(fā)射模組、激光接收模組、測時(shí)模塊以及控制模塊等多個(gè)部分，其中光電系統(tǒng)的成本占據(jù)了整機(jī)成本的絕大部分。激光器作為激光雷達(dá)的核心部件，涵蓋固體、氣體、染料、半導(dǎo)體及光纖激光器，而在車載應(yīng)用中，常用的激光發(fā)射波長主要為905nm和1550nm。

905nm激光器因具有較低成本和較小體積而被廣泛應(yīng)用，而1550nm激光器則憑借更高的安全性和更遠(yuǎn)的探測距離在特定場景中展現(xiàn)出優(yōu)勢。激光接收模組則通過高靈敏度的光電探測器將反射回來的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，為后續(xù)的距離計(jì)算提供數(shù)據(jù)支持。此外，測時(shí)模塊和控制模塊則對(duì)整個(gè)激光雷達(dá)系統(tǒng)的響應(yīng)速度、數(shù)據(jù)采集和處理能力提出了極高要求。

近年來，得益于芯片化和集成化技術(shù)的發(fā)展，激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了從大量分立元件到少數(shù)高集成芯片的轉(zhuǎn)變，使得系統(tǒng)成本大幅下降。據(jù)統(tǒng)計(jì)，與2016年相比，2023年激光雷達(dá)單線收發(fā)成本僅為當(dāng)時(shí)的1/20，這種成本的降低無疑為激光雷達(dá)在更多細(xì)分市場中的普及奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在激光雷達(dá)技術(shù)快速發(fā)展的今天，芯片化設(shè)計(jì)也是降低成本和提升性能的核心途徑。通過將傳統(tǒng)上復(fù)雜、分立的激光器控制電路、信號(hào)采集轉(zhuǎn)換電路和波形處理電路等功能集成到少數(shù)幾片專用芯片上，不僅大幅減少了系統(tǒng)中的零部件數(shù)量，同時(shí)也使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更加簡化和穩(wěn)定。

借助芯片制程的不斷進(jìn)步，激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)了類似“摩爾定律”的成本下降效應(yīng)，每隔一段時(shí)間產(chǎn)品的性能就能顯著提升，而價(jià)格則相應(yīng)降低。集成化程度的提高也使得激光雷達(dá)的體積得以大幅縮小，更簡化了生產(chǎn)流程和光學(xué)校準(zhǔn)環(huán)節(jié)，從而進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。固態(tài)化發(fā)展則代表了激光雷達(dá)技術(shù)未來的主流方向。通過取消所有機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件，純固態(tài)激光雷達(dá)憑借其結(jié)構(gòu)簡單、體積小、耐用性高和成本不斷下降的優(yōu)勢，正逐步替代傳統(tǒng)機(jī)械式和混合固態(tài)產(chǎn)品，成為車載及消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品的重要選擇。盡管當(dāng)前純固態(tài)技術(shù)在某些方面尚存在一些挑戰(zhàn)，但隨著VCSEL、Flash和OPA等技術(shù)的不斷優(yōu)化，其應(yīng)用前景無疑十分廣闊。

未來，激光雷達(dá)將繼續(xù)沿著降本增效、技術(shù)集成和產(chǎn)品多樣化的方向不斷前行。持續(xù)降本和量產(chǎn)化是激光雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的核心動(dòng)力，通過芯片化和集成化設(shè)計(jì)，激光雷達(dá)的生產(chǎn)成本將進(jìn)一步降低，而生產(chǎn)效率和產(chǎn)品一致性也將得到大幅提升。同時(shí)，產(chǎn)品的多樣化與應(yīng)用場景的不斷拓展，使得激光雷達(dá)不再局限于自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，在機(jī)器人、智慧交通、工業(yè)巡檢和安防監(jiān)控等領(lǐng)域也將發(fā)揮越來越重要的作用。