会员精选 | 激光雷达的全固态之路

本文为【新智驾会员计划】第 21 期内容。「大咖Live」第 5 讲实录整理

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“激光雷达是自动驾驶汽车不可缺少的传感器。”这是创始人姜波口中，饮冰科技选择激光雷达创业的出发点，也是很多自动驾驶从业人员的一个重要共识。

在自动驾驶汽车中，用或不用激光雷达一直是一个争论不休的问题，用是出于安全的需要，不用是有关成本的考量，但在得出结论之前，全面了解这一自动驾驶汽车最重要的传感器显然至关重要。

本期大咖 Live，姜波对激光雷达的前世今生以及未来发展都做出了详细梳理和阐述。

他首先从激光雷达发展的源头即无线电雷达讲起，解释了激光雷达与雷达的分别，进而重点讲解了激光雷达的发展趋势以及固态激光雷达的详细方案，剖析了 Flash-LiDAR 的优势与困难，同时也分享了饮冰在全固态激光雷达方面的探索与进展。

最后，对于目前行业中关于激光雷达的疑问，他也进行了一一解惑，如果你对激光雷达还一知半解或需要更多深度知识补充，本文或许可以提供一次最全面参考。

以下为「大咖Live」实录摘选：

从无线电雷达说起

相信大家都看过《敦刻尔克》这部电影，它让二战那段历史重新进入大家视野。讲起二战欧洲战场就少不了要说起不列颠空战，不列颠空战大概分为四个阶段，在 1940 年 7 月-10 月，不列颠空战的最关键阶段，德国一共出动了约 4.6 万架次飞机，投弹 6 万吨，被击落各型飞机 1733 架，损失空行人员 6 千人；而英国飞机共损失 915 架，飞行员 414 人，双方飞机损失比为 0.5:1，飞行员损失比是 0.069 : 1。

事实上，德国的战机性能和飞行员素质是高于英国的，可为什么赢得战争的是英国人？其中一个重要原因就是英国人有雷达。

上图左边就是当时在英吉利海峡部署对空警戒的雷达阵位，每个小黄点是一部雷达，红线是雷达能覆盖的区域。我们可以看到，德国飞机还没有进入英国领空，就会被英国人利用雷达发现，飞机的数量、航向都在英国掌握之中，后者就可以针对性地起飞战机进行拦截，飞行员可以以逸待劳，不用长时间在空中巡逻。

最早的雷达是 1935 年英国部署的，叫本土链雷达，后来二战中又部署了地空本土链，也就是我们讲的雷达，上图的右边。

雷达第一次登上历史舞台，就发挥了非常重要的作用，后来在太平洋战争中，又帮助美国海军打赢了日本。

雷达的主要功能是什么？一个是测距，一个是侧角。

来看一下上面这张图的左边，这是一个极坐标系，我们可以通过一个距离和两个角度来确定空间的唯一一个点，各种各样的雷达都是在想办法测出这三个参数。

雷达测距将无线电波发射出去，如果遇到目标就会反射回来，由于电磁波的传播速度是一定的，只需要知道无线电波的飞行时间就可知道目标距离，而目标角度可以通过无线电波的指向来确定。

雷达都是有天线的，为的就是集中无线电波的能量向一个方向发射。这一点和广播完全不一样，广播是向四周辐射。波束窄了，要覆盖一定空域，让波束扫描起来最简单的方法就是机械旋转，一个电机带着天线旋转就可以了，可是这样太慢了，好不容易发现一个目标，要再转一圈儿才能重新测量一次，而且旋转机构的可靠性也比较差。

人们非常聪明地发明了相控阵雷达，这种雷达没有旋转机构，是靠密密麻麻排列的 T/R 组件来实现波束扫描的，其具体原理和光学相控阵雷达一样，上面右下角两张图，左边是一种机械旋转雷达，右边是战斗机用的相控阵雷达。

可能有人会问，我们为什么要从无线电雷达讲起，因为激光雷达就是完完全全脱胎于无线电雷达技术。

电磁波

变化的电场会产生磁场，变化的磁场会产生电场，然后电场又产生磁场，磁场又产生电场，这样反反复复，合起来，就产生了电磁场，变化的电磁场在空间传播就是电磁波。

上面左边这张图，红色的是电场，蓝色的是磁场。通过这张图也可以看到，电磁场的变化是周期性的，这个周期的空间长度就是波长。

光速也就是电磁波传播的速度，光速除以波长就是电磁波频率。频率是电磁波非常重要的特性，按照频率顺序，把这些电磁波排列起来就是电磁波谱。如果把每个波段的频率由低至高依次排列，它们是：无线电波，微波，红外线，可见光，紫外线，X 射线，γ 射线。其中，无线电波频率最低，波长最长，γ 射线频率最高，波长最短。无线电和光的本质都是电磁波……

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