物聯網系統中為什么要使用純固態激光雷達

物聯網系統中使用純固態激光雷達的原因主要基于其獨特的優勢和應用價值，這些優勢使得純固態激光雷達在物聯網的多個領域中都發揮著重要作用。以下是詳細的分析：

純固態激光雷達的優勢

1、高精度和高分辨率：

純固態激光雷達能夠實現對目標的精確測量和識別，其高精度和高分辨率的特性使得它在物聯網系統中能夠提供更準確的數據支持。

2、高可靠性和低故障率：

相比傳統的機械激光雷達，純固態激光雷達沒有機械轉動部件，因此具有更高的可靠性和更低的故障率。這對于需要長時間穩定運行的物聯網系統來說至關重要。

3、易于集成和低成本：

純固態激光雷達的固態器件體積小、重量輕，易于集成到各種物聯網設備中。同時，其生產成本相對較低，有利于降低物聯網系統的整體成本。

4、高安全性和低風險：

純固態激光雷達能夠實現對目標的精確測距和識別，有效提高了物聯網系統在復雜環境中的安全性，降低了潛在的風險。

5、探測距離遠、抗干擾能力強：

純固態激光雷達具有較遠的探測距離和強大的抗干擾能力，能夠在復雜環境中穩定工作，為物聯網系統提供可靠的數據支持。

純固態激光雷達在物聯網系統中的應用

1、自動駕駛：

在自動駕駛汽車中，純固態激光雷達能夠實時感知周圍環境，提供高精度的距離、速度和方向信息，為自動駕駛決策提供可靠支持。

2、機器人導航與避障：

在機器人領域，純固態激光雷達可以幫助機器人實現精準導航和避障功能，提高機器人在復雜環境中的自主移動能力。

3、無人機定位與測繪：

無人機搭載純固態激光雷達可以實現精準定位和測繪功能，為地理信息采集、環境監測等領域提供高效、準確的解決方案。

4、智能家居與安防：

在智能家居和安防領域，純固態激光雷達可以用于人體檢測、入侵報警等場景，提高家居安全和安防系統的智能化水平。

5、智能交通系統：

純固態激光雷達可以用于智能交通系統中，實現車輛檢測、交通流量統計、交通擁堵分析等功能。通過實時監測道路交通情況，可以為交通管理部門提供數據支持，優化交通流組織和交通管理。

綜上所述，物聯網系統中使用純固態激光雷達的原因主要在于其高精度、高可靠性、易于集成、低成本以及廣泛的應用價值。純固態激光雷達的這些優勢使得它在自動駕駛、機器人、無人機、智能家居等多個物聯網領域中都發揮著重要作用，為物聯網系統的智能化、高效化提供了有力支持。

本文會再為大家詳解激光雷達家族中的一員——純固態激光雷達

純固態激光雷達的定義

理論上來說，固態激光雷達是完全沒有移動部件的雷達，光相控陣（Optical Phased Array）及Flash是其典型技術路線，也被認為是純固態激光雷達方案。

但近年來，一些非完全旋轉的激光雷達也被統稱為“固態激光雷達”，它們具備了固態激光雷達很多的性能特點，如分辨率高、有限水平FOV（前向而不是360°）等，但這些技術方案會有一些微小的移動部件，從嚴格意義上來說不能算純固態激光雷達。

純固態激光雷達的原理

固態激光雷達主要是依靠波的反射或接收來探測目標的特性，大多源自三維圖像傳感器的研究，實際源自紅外焦平面成像儀，焦平面探測器的焦平面上排列著感光元件陣列，從無限遠處發射的紅外線經過光學系統成像在系統焦平面的這些感光元件上，探測器將接受到光信號轉換為電信號并進行積分放大、采樣保持，通過輸出緩沖和多路傳輸系統，最終送達監視系統形成圖像。

純固態激光雷達的分類

3.1.MEMS（Micro-Electro-Mechanical System）微機電系統

MEMS指代的是將機械機構進行微型化、電子化的設計，將原本體積較大的機械結構通過微電子工藝集成在硅基芯片上，進行大規模生產。技術成熟，完全可以量產。主要是通過MEMS微鏡來實現垂直方面的一維掃描，整機360度水平旋轉來完成水平掃描，而其光源是采用光纖激光器，這主要是由于905納米的管子重頻做不高，重頻一高平均功率就會太大，會影響激光管的壽命。

采用微振鏡對進行激光束的偏轉，它需要有平整的鏡面，將機械式的激光雷達的旋轉部件微縮.從嚴格意義上來說，MEMS并不算是純固態激光雷達，這是因為在MEMS方案中并沒有完全消除機械，而是將機械微型化了，掃描單元變成了MEMS微鏡。

電熱效應	對電熱雙壓電晶片驅動的微振鏡加熱，由于金屬鋁的形變大于介質硅，從而形成微振鏡的形變振動。參數:2.3V，9°偏轉;施加12mw電功率，響應速度74Hz。
電磁效應	內部需要封裝可動磁性物質或者可動磁性線圈產生磁場。通過施加磁場產生洛倫茲力使得線圈產生偏轉，從而驅動MEMS振鏡偏轉，響應速率可達10kHz
壓電效應	需要異質材料的介入，壓電材料具有高效率、響應速度快的優點。實驗通過電鍍在硅上沉積PZT薄膜，加工形成的MEMS結構并進行光學掃描，獲得11.2kHz，39°視場
壓電效應	具有尺寸小可單片全集成的優點，通常需要在真空環境下以獲得更高的驅動效率，10V電壓驅動可以得到10°的掃描角度。
壓電效應	瑞典KTH的研究小組，近期驗證了一種新方法，通過MEMS的改變光柵周期實現角度的偏轉，在20V電壓驅動下可以得到5.6°的掃描角度，功率消耗微瓦量級。也有包括MEMS改變光程差調控相位的相控陣。

3.2.OPA（optical phased array）光學相控陣技術

相比其他技術方案，OPA方案給大家描述了一個激光雷達芯片級解決方案的美好前景，它主要是采用多個光源組成陣列，通過控制各光源發光時間差，合成具有特定方向的主光束。然后再加以控制，主光束便可以實現對不同方向的掃描。雷達精度可以做到毫米級，且順應了未來激光雷達固態化、小型化以及低成本化的趨勢，但難點在于如何把單位時間內測量的點云數據提高以及投入成本巨大等問題。

通過外加電壓改變液晶的取向，從而實現不同陣元的相位調節;驅動電壓小，易大面積集成，最大掃描角度+10°，掃描速度在亳秒量級。但響應速度較慢，目前可達200us。掃描精度較大。因為硅具有較高的熱光系數，目前主要集中于如何有效地減小陣列串擾、提高掃描精度、增大掃描角度、提高熱穩定性等問題，而且由于片上光功率較低，使得遠距離探測存在困難.

3.3.Flash

Flash激光雷達的原理也是快閃，它不像MEMS或OPA的方案會去進行掃描，而是短時間直接發射出一大片覆蓋探測區域的激光，再以高度靈敏的接收器，來完成對環境周圍圖像的繪制。主要問題是探測距離近，在技術的可靠性方面存在問題，Flash激光雷達的距離分辨率力和角度分辨力主要取決于焦平面探測器陣列，焦平面探測器陣列使用PIN型光電探測器(近距離)或是雪崩光電探測器(遠距離，價格昂貴)。

純固態激光雷達的優劣勢

利用光學相控陣掃描技術的固態激光雷達的確有很多優勢，例如：

其結構簡單，尺寸小，無需旋轉部件，在結構和尺寸上可以大大壓縮，提高使用壽命并使其成本降低。

掃描精度高，光學相控陣的掃描精度取決于控制電信號的精度，可以達到千分之一度量級以上。

可控性好，在允許的角度范圍內可以做到任意指向，可以在重點區域進行高密度的掃描。

掃描速度快，光學相控陣的掃描速度取決于所用材料的電子學特性，一般都可以達到MHz量級。

當然固態激光雷達也同樣存在一些劣勢，如：

掃描角有限，固態意味著激光雷達不能進行360度旋轉，只能探測前方。因此要實現全方位掃描，需在不同方向布置多個（至少前后兩個）固態激光雷達

旁瓣問題，光柵衍射除了中央明紋外還會形成其他明紋，這一問題會讓激光在最大功率方向以外形成旁瓣，分散激光的能量。

加工難度高，光學相控陣要求陣列單元尺寸必須不大于半個波長，一般目前激光雷達的工作波長均在1微米左右，故陣列單元的尺寸必須不大于500nm。而且陣列密度越高，能量也越集中，這都提高了對加工精度的要求，需要一定的技術突破。

接收面大、信噪比差：傳統機械雷達只需要很小的接收窗口，但固態激光雷達卻需要一整個接收面，因此會引入較多的環境光噪聲，增加了掃描解析的難度。

純固態激光雷達的廠商

td {white-space:nowrap;border:1px solid #dee0e3;font-size:10pt;font-style:normal;font-weight:normal;vertical-align:middle;word-break:normal;word-wrap:normal;}

廠商	國別	成立時間	主要投資機構	產品線
Velodyne	美國	1983	百度、福特	16、32、64、128線機械、32線MEMS
Quanergy	美國	2012	三星，motusvantures、戴姆勒、德爾福	OPA、8線機屬
速騰聚創	中國	2014	東方富海、復星銳正、北汽產投	16、32、64線機械式、MEMS、OPA
北醒光子	中國	2015	IDG、沃勒斯機器人、順為	flash面陣
禾賽科技	中國	2013	遠瞪資本、磐谷創投、百度	40、64線機械式、ZOLO固態
北科天繪	中國	2005	聯想之星、star vc	16、32、64線機械、flash面陣
光珀智能	中國	2013	浙江金控	flash面陣
LeddarTech	加拿大	2007	BDC、Venture capital、歐司朗、德爾福	8線機械式
IBEO	德國	2009	采埃孚(T1)	4線機成式、MEMS
Luminar	美國	2012	1517fund、GVA capital	MEMS
Innoviz	以色列	2016	Zohar Zisapel、三星、軟銀	MEMS
Cepton	美國	2016		Micro-motion(類似MEMS)
Innovusion	美國	2016	**	MEMS
Orixy Vision	以色列	2009	Bessemer Venture Partner	COR相干光激光雷達
Tetra Vue	美國	2008	Nautilars、三星、Robert Venture、富士康	flash面陣
鐳神智能	中國	2015	招商、如山、北極光、達晨	16線機械、OPA、flash面陣、MEMS
Ouster	美國	2015	Cox Enterprises	64線機械
Strobe	美國	2014	通用	線性調頻、事實上幫通用做MEMS
博世	德國	1886	汽車零部件行業T1的老大	MEMS
先鋒	日本	1938	日本知名消費電子產品企業	MEMS

供應商A:北醒

https://www.benewake.com/

1、產品能力

（1）選型手冊

北醒企業宣傳冊.pdf

（2）主推型號1:Horn-X2長距高清3D激光雷達

對應的產品詳情介紹

北醒 Horn-X2 Pro 是一款集高性能、高安全性、高可靠性為一體的三維激光雷達，可適用于車路協同

（V2X）、智慧機場、智慧鐵路和智慧航運等多種大交通應用場景。該激光雷達擁有高垂直角分辨率，

可生成最高 600 線束高密度點云，輕松感知周圍環境。得益于先進的設計，Horn-X2 Pro 激光雷達可

有效地抵抗強環境光的干擾，在惡劣的天氣條件下也可穩定工作。Horn-X2 Pro 支持多種工作模式，可

根據客戶需求定制產品的性能參數，以此精準匹配客戶的各種復雜需求。

參數

尺寸外觀

2、支撐

（1）技術產品

技術資料

Horn-X2 Pro規格書.pdf

本文章源自奇跡物聯開源的物聯網應用知識庫Cellular IoT Wiki，更多技術干貨歡迎關注收藏Wiki：Cellular IoT Wiki 知識庫（https://rckrv97mzx.feishu.cn/wiki/wikcnBvAC9WOkEYG5CLqGwm6PHf）

歡迎同學們走進AmazIOT知識庫的世界！

這里是為物聯網人構建的技術應用百科，以便幫助你更快更簡單的開發物聯網產品。

Cellular IoT Wiki初心：

在我們長期投身于蜂窩物聯網 ODM/OEM 解決方案的實踐過程中，一直被物聯網技術碎片化與產業資源碎片化的問題所困擾。從產品定義、芯片選型，到軟硬件研發和測試，物聯網技術的碎片化以及產業資源的碎片化，始終對團隊的產品開發交付質量和效率形成制約。為了減少因物聯網碎片化而帶來的重復開發工作，我們著手對物聯網開發中高頻應用的技術知識進行沉淀管理，并基于 Bloom OS 搭建了不同平臺的 RTOS 應用生態。后來我們發現，很多物聯網產品開發團隊都面臨著相似的困擾，于是，我們決定向全體物聯網行業開發者開放奇跡物聯內部沉淀的應用技術知識庫 Wiki，期望能為更多物聯網產品開發者減輕一些重復造輪子的負擔。

Cellular IoT Wiki沉淀的技術內容方向如下：

奇跡物聯的業務服務范圍：基于自研的NB-IoT、Cat1、Cat4等物聯網模組，為客戶物聯網ODM/OEM解決方案服務。我們的研發技術中心在石家莊，PCBA生產基地分布在深圳、石家莊、北京三個工廠，滿足不同區域&不同量產規模&不同產品開發階段的生產制造任務。跟傳統PCBA工廠最大的區別是我們只服務物聯網行業客戶。

連接我們，和10000+物聯網開發者一起 降低技術和成本門檻

讓蜂窩物聯網應用更簡單~~

哈哈你終于滑到最重要的模塊了，

千萬不！要！劃！走！忍住沖動！~

歡迎加入飛書“開源技術交流群”，隨時找到我們哦~

點擊鏈接如何加入奇跡物聯技術話題群（https://rckrv97mzx.feishu.cn/docx/Xskpd1cFQo7hu9x5EuicbsjTnTf）可以獲取加入技術話題群攻略

Hey 物聯網從業者，

你是否有了解過奇跡物聯的官方公眾號“eSIM物聯工場”呢？

這里是奇跡物聯的物聯網應用技術開源wiki主陣地，歡迎關注公眾號，不迷路～

及時獲得最新物聯網應用技術沉淀發布

（如有侵權，聯系刪除）

審核編輯 黃宇