車載雷達目前主要使用的是超聲波雷達、毫米波雷達和激光雷達。

超聲波雷達利用超聲波進行測距，通過計算發射和接收信號的時間差來獲取周圍物體的位置信息。超聲波雷達的特點是體積小、成本低、抗環境干擾能力強。

超聲波是一種機械波，他的穿透力強，但是由于超聲波傳輸的速度比較慢，所以不適合探測遠距離的移動物體，通常探測范圍在3米以內，因此超聲波雷達適合近距離固定物體的檢測，比如倒車雷達系統。

與超聲波雷達不同，毫米波雷達是利用波長在1-10mm，頻率在30-200GHz的電磁波進行檢測，由于電磁波的傳輸速度很快，通過接收并分析被測物體表面反射的毫米波，能夠同時實現測距和測速功能，探測距離可以達到200m，因此毫米波雷達適合中遠距離的移動物體測量。

此外，在傳統毫米波雷達的基礎上，又進一步拓展，提高了探測精度的同時又增加了通過測量俯仰角來探測高度信息的功能，這就是4D毫米波雷達。

毫米波雷達可用于自適應巡航ACC、前方碰撞預警FCW、后方橫穿預警RCTA、停車輔助和主動剎車等系統。

激光雷達利用激光作為檢測媒介，激光實際上也是一種電磁波。那么激光雷達與毫米波雷達有什么區別，激光雷達未來會取代毫米波雷達嗎？

我們需要先了解下激光雷達的原理和特性。

1.激光雷達的概念

激光雷達是采用激光進行測距，通過發射和接收被物體反射的激光，實現對物體的探測。激光雷達與超聲波雷達的傳輸媒介不同，1個是毫米波，1個是激光。所以激光的特性也就決定了兩種雷達的差異。

2.激光的特性

激光的方向性很好，普通光源（太陽、白熾燈或熒光燈）會向四面八方發光，毫米波雷達以電磁發射為主，發射的電磁波是一個錐狀的波束，而激光是以光粒子發射為主，發光方向可以限制在小于幾個毫弧度立體角內，每200km擴散直徑小于1米，所以在車載激光雷達的使用范圍內可以認為是一條直線。

激光雷達的這種直線發射模式提供了更高的探測精度和更廣的探測范圍，因此在精確度方面優于毫米波雷達。

3.激光雷達的波長

激光是由于物質內部的粒子受到外部能量激發，內部粒子產生躍遷，將能量以光子形式釋放出來而產生的。所以理論上，激光的波長可以涵蓋包括遠紅外、紅外、可見光、紫外直到遠紫外等不同波長的電磁波。

但是很多波長對人眼是有害的，比如可見光（波長380nm-780nm）中的藍光（415-555nm）對視網膜的傷害就比較大。

為了避免對人眼的傷害，激光雷達選用的激光波長主要有兩種，一個是1000納米以內的，典型值是905nm，可以用硅做接收器，成本低且產品成熟。

還有一種是1000到2000納米之間的，典型值是1550nm，這個波段硅沒有辦法探測，需要用鍺或者銦鎵砷探測器，成本會更高些，但1550nm對人眼的安全閾值也更高，這樣可以發射更高的激光功率以達到更高的測距靈敏度。

4.激光雷達的探測原理

激光雷達的測距方式主要分為飛行時間法ToF（Time of Flight，）與調頻連續波FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）法兩類。

4.1 ToF

在ToF方法中，激光器在短時間間隔內一個接一個地發射多個激光脈沖。

ToF發射脈沖

激光脈沖打到物體后返回，探測器檢測到回波后，內部處理單元計算發送和接收之間時間差，并基于公式：距離=光速x時間差來計算激光雷達與被測物體之間距離。

激光測距原理框圖

ToF激光雷達原理為：一束脈沖光由激光器發出，被物體表面反射后，由接收端的探測器接收，通過提取脈沖光從發射到接收的時間差τ，計算得到物體的距離r為：

公式中的C表示光速

ToF方法測試的光源一般為波長905nm或者940nm的脈沖光。

ToF激光雷達原理示意圖

4.2 FMCW

和ToF激光雷達方案的光源不同的是，FMCW采用的激光是頻率連續且周期性變化的。

FMCW激光雷達常用的調頻方式有三角波形式、鋸齒波形式和正弦波三種形式。

三角波、鋸齒波和正弦波

下圖是采用三角波掃頻格式的FMCW激光雷達測量物體的示意圖。

三角波雷達原理示意圖

FMCW激光雷達探測的原理為：頻率隨時間線性變化的激光被分成兩路，一路作為探測光，另一路為本振光。探測光被物體表面反射，并且被接收后與本振光混合相干，得到拍頻（頻率差）信號光，物體的距離r和拍頻信號光的頻率fb之間有以下關系：

c為光速，γ為激光頻率隨時間變化的斜率

而通過相干檢測的方式，測量回波信號與本振光之間由距離延時引入的調制頻率差和相對速度引入的多普勒頻率差，可以求出被測物體的距離與速度。

FMCW激光雷達可以根據測量目的不同，選擇不同的調制方式。比如與被測物體之間多普勒效應可以忽略的場景，可以選用鋸齒波調制方式，從而實現更大的探測距離。而如果想要實現同時測距和測速，且更容易解調出多普勒頻移，三角波調制方式是個不錯的選擇，三角波調制方式也是車載FMCW激光雷達最常使用的方式。

FMCW利用的是一個很窄頻的激光器，頻率在100kHz量級，相當于在百萬分之一納米的光譜上做混頻，其他跟這個頻率不符合的信號都會被過濾掉，所以FMCW的抗干擾能力很強。此外，FMCW的測量延時小，測量的速度快。

1550nm的發射要用光纖激光器，其光束發散角更小，光斑密度極高，這個特點也使它更容易實現FMCW。不過FMCW激光雷達的整體技術難度比較大，成本也很高。

4.3 ToF與FMCW的對比

由于ToF方法主要用于905或940nm，而FMCW的方法主要用于1550nm,所以兩種激光雷達的差異也與兩種波長的差異有關。

1550nm容易被液態水吸收，對人眼的影響更小，安全性更高。由于安全性高，它可以發射更大的功率的激光，所以探測的距離更遠。

1550nm的特性也并不都是優點，也有一些缺點，比如容易被液態水吸收的特性，當地面車道線上有水時，會導致其探測能力下降，在雨雪天時甚至無法正常工作。

此外，1550nm的激光發射和接收系統的材料（銦鎵砷）更貴，使用光纖發射器的功耗高、散熱要求高、結構更復雜，故障率也相對更高，這些都導致它的成本比較高。

而905nm激光器發展比較早，在消費電子、工業自動化等領域已被大量充分驗證。其相關配套設備、供應鏈成熟完善，價格也更便宜。

905nm的激光在空氣中更穩定，不易受到液態水的影響，安全性方面，只要把功率控制在安全范圍內，也不會對人眼造成傷害。雖然探測距離不如1550nm,但對于大多數的車載應用場景而言，也已能夠滿足需求。

ToF與FMCW對比

5.激光雷達與4D毫米波雷達的區別

激光雷達根據激光束數量的不同，可分為4、8、16 、32、64 、128線等多線激光雷達。多線在雷達上就是指在垂直方向上具有多個發射器和接收器，線數越多，物體表面輪廓越完善，當然需要處理的數據量越大，對硬件和軟件的要求也越高。

傳統的3D毫米波雷達性能與激光雷達差距較大，而4D毫米波雷達增加了精度和高度識別后，已經大大縮小的這種差距。

雷達的點云?是由雷達掃描得到的空間點的數據集，每個點包含了三維坐標信息，點云數量越多，對物體的識別精度越高。

受限于兩者探測原理不同，4D成像毫米波雷達在點云密度指標上還無法與激光雷達相比，4D成像毫米波雷達的點云密度基本與32線激光雷達相當，與目前主流的百線以上激光雷達差距較大。

另外毫米波雷達對非金屬的物體檢測靈敏度遠遠低于金屬物體，導致其在人車混合的復雜場景下對行人的探測效果不理想，遠距離探測時尤其明顯，可能無法精確識別行人?。

但是毫米波雷達在測速、穿透性、環境適應性等方面有獨到的優勢。

比如，毫米波雷達可以利用穿透性好的特點，透過前方障礙物探測到前前方目標，如果前前車剎車，毫米波雷達能夠探測到前前車剎車動作，并提前做出預判，避免追尾。而激光雷達則無法穿透。

毫米波雷達可探測到前前車

另外，激光雷達發射的電磁波是一條直線，主要以光粒子發射為主要方法，而毫米波雷達發射出去的電磁波是一個錐狀的波束，這個波段的天線主要以電磁輻射為主。因此在有一些狹窄場景，毫米波雷達電磁波可以通過衍射、折射等，檢測到激光雷達無法檢測的區域。

激光雷達雖然分辨率高，但是由于穿透力弱，受天氣影響大。毫米波雷達雖然探測精度較低，但是由于穿透力強，不受天氣影響。

4D毫米波雷達與激光雷達的主要區別

因此，在實際的自動駕駛系統中，可以充分結合兩者的特點，通過互補和冗余，取長補短，發揮各自的優勢。比如激光雷達可以提供高精度的3D空間感知，實現車輛對周圍環境的精確理解。毫米波雷達可以提供遠距離感知和探測，幫助車輛做出準確的決策和規劃路徑。

6.小結

激光雷達在探測距離、分辨率、受到環境光和電磁干擾影響等方面均具有優勢。它的主要缺點是受雨雪天氣影響，技術還不夠成熟，成本高。

4D毫米波雷達技術較為成熟，價格相對低廉，在測速、穿透性、天氣適應性等方面有獨到的優勢。它的缺點是識別精度較低，無法辨別物體的細節，因此無法進行精準的建模，探測距離也受到制約，無法感知行人。

激光雷達雖然整體性能指標更好，但是4D毫米波雷達在汽車應用中更具有成本優勢。激光雷達還無法取代4D毫米波雷達，兩者在具體特性和應用場景上各有優劣，毫米波雷達更適合ACC、AEB系統；激光雷達更適合行人緊急制動輔助、地圖等應用。

毫米波雷達具有檢測小目標、分辨細節和穿透性強的特點。目前，傳統的毫米波雷達逐漸向4D演化，增加了高度維度的測量，具有高分辨率點云、AI目標識別和輔助高精定位的特點，點云質量相當于 64 線激光雷達，但成本僅為激光雷達的 1/10。知名研究機構Yole預測全球4D毫米波雷達的市場規模在2027年有望達到35億美元。至2025年，中國車載4D毫米波雷達市場規模在悲觀、中性、樂觀情況下有望分別達到1.9億美元、3.6億美元和5.4億美元。

據不完全統計，相比于去年統計，國內4D毫米波雷達生產研發企業數量可以說是暴增，國內已超過20家本土企業，眼下4D毫米波雷達賽道已非常擁擠。毫米波雷達也在朝著高集成、高分辨率發展，成像毫米波雷達成為各雷達廠商的下一步角逐點。

5G通訊技術

移動通信產業的新發動機---5G

“5G”一詞通常用于指代第 5 代移動網絡。5G 是繼之前的標準（1G、2G、3G、4G 網絡）之后的最新全球無線標準，并為數據密集型應用提供更高的帶寬。除其他好處外，5G 有助于建立一個新的、更強大的網絡，該網絡能夠支持通常被稱為 IoT 或“物聯網”的設備爆炸式增長的連接——該網絡不僅可以連接人們通常使用的端點，還可以連接一系列新設備，包括各種家用物品和機器。公認的5G的優勢是：

?具有更高可用性和容量的更可靠的網絡

?更高的峰值數據速度（多 Gbps）

?超低延遲

與前幾代網絡不同，5G 網絡利用在 26 GHz 至 40 GHz 范圍內運行的高頻波長（通常稱為毫米波）。由于干擾建筑物、樹木甚至雨等物體，在這些高頻下會遇到傳輸損耗，因此需要更高功率和更高效的電源。5G部署最初可能會以增強型移動寬帶應用為中心，滿足以人為中心的多媒體內容、服務和數據接入需求。增強型移動寬帶用例將包括全新的應用領域、性能提升的需求和日益無縫的用戶體驗，超越現有移動寬帶應用所支持的水平。

毫米波是5G的關鍵技術

毫米波通信是未來無線移動通信重要發展方向之一，目前已經在大規模天線技術、低比特量化ADC、低復雜度信道估計技術、功放非線性失真等關鍵技術上有了明顯研究進展。但是隨著新一代無線通信對無線寬帶通信網絡提出新的長距離、高移動、更大傳輸速率的特殊應用場景的需求，針對毫米波無線通信的理論研究與系統設計面臨重大挑戰，開展面向長距離、高移動毫米波無線寬帶系統的基礎理論和關鍵技術研究，已經成為新一代寬帶移動通信最具潛力的研究方向之一。

毫米波的優勢：毫米波由于其頻率高、波長短，具有如下特點：

頻譜寬，配合各種多址復用技術的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業務；可靠性高，較高的頻率使其受干擾很少，能較好抵抗雨水天氣的影響，提供穩定的傳輸信道；方向性好，毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，使得傳輸波束較窄，增大了竊聽難度，適合短距離點對點通信；波長極短，所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內集成大規模天線陣。毫米波的缺點：毫米波也有一個主要缺點，那就是不容易穿過建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收。這也是為什么5G網絡將會采用小基站的方式來加強傳統的蜂窩塔。

5G網絡的優勢

5G網絡（5G Network）是第五代移動通信網絡，其峰值理論傳輸速度可達20Gbps，合2.5GB每秒，比4G網絡的傳輸速度快10倍以上。舉例來說，一部1G的電影可在4秒之內下載完成。隨著5G技術的誕生，用智能終端分享3D電影、游戲以及超高畫質（UHD）節目的時代正向我們走來。

(一)5G網絡通信技術傳輸速度快：5G網絡通信技術是當前世界上最先進的一種網絡通信技術之一。相比于被普遍應用的4G網絡通信技術來講，5G網絡通信技術在傳輸速度上有著非常明顯的優勢，在傳輸速度上的提高在實際應用中十分具有優勢，傳輸速度的提高是一個高度的體現，是一個進步的體現。5G網絡通信技術應用在文件的傳輸過程中，傳輸速度的提高會大大縮短傳輸過程所需要的時間，對于工作效率的提高具有非常重要的作用。所以5G網絡通信技術應用在當今的社會發展中會大大提高社會進步發展的速度，有助于人類社會的快速發展。

(二)5G網絡通信技術傳輸的穩定性：5G網絡通信技術不僅做到了在傳輸速度上的提高，在傳輸的穩定性上也有突出的進步。5G網絡通信技術應用在不同的場景中都能進行很穩定的傳輸，能夠適應多種復雜的場景。所以5G網絡通信技術在實際的應用過程中非常實用，傳輸穩定性的提高使工作的難度降低，工作人員在使用5G網絡通信技術進行工作時，由于5G網絡通信技術的傳輸能力具有較高的穩定性，因此不會因為工作環境的場景復雜而造成傳輸時間過長或者傳輸不穩定的情況，會大大提高工作人員的工作效率。

(三)5G網絡通信技術的高頻傳輸技術：高頻傳輸技術是5G網絡通信技術的核心技術，高頻傳輸技術正在被多個國家同時進行研究。低頻傳輸的資源越來越緊張，而5G網絡通信技術的運行使用需要更大的頻率帶寬，低頻傳輸技術已經滿足不了5G網絡通信技術的工作需求，所以要更加積極主動的去探索去開發。高頻傳輸技術在5G網絡通信技術的應用中起到了不可忽視的作用。

5G網絡的應用

（1）高速傳輸數據。現如今，4G網絡通信在人們的日常生活與工作中已經得到普及應用，5G網絡通信以此為基礎提高傳輸數據的效率，傳輸速度達到3.6G/s，不僅節省大量空間，還能提高網絡通信服務的安全性。當下網絡通信技術還在不斷發展，不久的將來數據傳輸速率會大于10G/s，遠程控制應用在這樣的前提下會廣泛普及于人們的生活。另外，5G網絡通信延時較短，約1ms，能滿足有較高精度要求的遠程控制的實際應用，例如車輛自動駕駛、電子醫療等等，通過更短的網絡延時進一步提高5G網絡通信遠程控制應用的安全性，不斷完善各項功能。

（2）強化網絡兼容。對于不同的網絡，兼容性一直是其發展環節共同面對的問題，只有解決好這一問題，就能在市場上大大提高對應技術的占有率。只是當下的情況表明還沒有網絡通信技術有良好兼容性，即便有也存在較為嚴重的局限性。然而5G網絡通信最顯著的一個特點及優勢就是兼容性強大，能在網絡通信的應用及發展中滿足不同設備的正常使用，同時有效融合類型不同、階段不同的網絡，大大增加應用5G網絡通信的人群，在不同階段實現不同網絡系統的兼容，大大降低網絡維護費用，節約成本，獲取最大化的經濟效益。

（3）協調合理規劃。移動市場正在高速發展，市場中有多種通信系統，5G網絡通信想要在激烈的市場競爭中立足，就務必要協調合理規劃多種網絡系統，協同管理多制式網絡，在不同環境里讓用戶獲得優質服務和體驗。盡管5G網絡通信具有3G和4G等通信技術的優勢，但要實現多個網絡的協作，才能最大限度發揮5G網絡通信的優勢，所以在應用5G網絡通信的過程中，利用中央資源管理器促進用戶和數據的解耦，優化網絡配置，完成均衡負載的目標。

（4）滿足業務需求。網絡通信的應用及發展的根本目標始終是滿足用戶需求，從2G時代到4G時代，人們對網絡通信的需求越來越多元化，網絡通信技術也在各方面有所完善，應用5G網絡通信勢必也要滿足用戶需求，優化用戶體驗，實現無死角、全方位的網絡覆蓋，無論用戶位于何處都可以享受優質網絡通信服務，并且不管是偏遠地區還是城市都能確保網絡通信性能的穩定性。在今后的應用及發展中，5G網絡通信最重要的目標之一就是不受地域和流量等因素的影響，實現網絡通信服務的穩定性和獨立性。

毫米波雷達

毫米波雷達，是工作在毫米波波段（millimeter wave ）探測的雷達。通常毫米波是指30～300GHz頻域(波長為1～10mm)的。毫米波的波長介于微波和厘米波之間，因此毫米波雷達兼有微波雷達和光電雷達的一些優點。同厘米波導引頭相比，毫米波導引頭具有體積小、質量輕和空間分辨率高的特點。與紅外、激光、電視等光學導引頭相比，毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候(大雨天除外)全天時的特點。另外，毫米波導引頭的抗干擾、反隱身能力也優于其他微波導引頭 。毫米波雷達能分辨識別很小的目標，而且能同時識別多個目標；具有成像能力，體積小、機動性和隱蔽性好，在戰場上生存能力強。毫米波雷達工作在毫米波段。通常毫米波是指30～300GHz頻段(波長為1～10mm)。毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優點。同厘米波導引頭相比，毫米波導引頭具有體積小、質量輕和空間分辨率高的特點。與紅外、激光、電視等光學導引頭相比，毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候(大雨天除外)全天時的特點。另外，毫米波導引頭的抗干擾、反隱身能力也優于其他微波導引頭 。

毫米波雷達的優勢劣勢

優勢：光波在大氣中傳播衰減嚴重，器件加工精度要求高。毫米波與光波相比，它們利用大氣窗口（毫米波與亞毫米波在大氣中傳播時，由于氣體分子諧振吸收所致的某些衰減為極小值的頻率）傳播時的衰減小，受自然光和熱輻射源影響小。為此，它們在通信、雷達、制導、遙感技術、射電天文學和波譜學方面都有重大的意義。利用大氣窗口的毫米波頻率可實現大容量的衛星-地面通信或地面中繼通信。利用毫米波天線的窄波束和低旁瓣性能可實現低仰角精密跟蹤雷達和成像雷達。在遠程導彈或航天器重返大氣層時，需采用能順利穿透等離子體的毫米波實現通信和制導。高分辨率的毫米波輻射計適用于氣象參數的遙感。用毫米波和亞毫米波的射電天文望遠鏡探測宇宙空間的輻射波譜可以推斷星際物質的成分。優勢主要有以下幾點：

（1）小天線口徑、窄波束：高跟蹤和引導精度；易于進行低仰角跟蹤，抗地面多徑和雜波干擾；對近空目標具有高橫向分辨力；對區域成像和目標監視具備高角分辨力；窄波束的高抗干擾性能；高天線增益；容易檢測小目標，包括電力線、電桿和彈丸等。

（2）大帶寬：具有高信息速率，容易采用窄脈沖或寬帶調頻信號獲得目標的細節結構特征；具有寬的擴譜能力，減少多徑、雜波并增強抗干擾能力；相鄰頻率的雷達或毫米波識別器工作，易克服相互干擾；高距離分辨力，易得到精確的目標跟蹤和識別能力。

（3）高多普勒頻率：慢目標和振動目標的良好檢測和識別能力；易于利用目標多普勒頻率特性進行目標特征識別；對干性大氣污染的穿透特性，提供在塵埃、煙塵和干雪條件下的良好檢測能力。

（4）良好的抗隱身性能：當前隱身飛行器上所涂覆的吸波材料都是針對厘米波的。根據國外的研究，毫米波雷達照射的隱身目標，能形成多部位較強的電磁散射，使其隱身性能大大降低，所以，毫米波雷達還具有反隱身的潛力。

劣勢：毫米波在雷達中應用的主要限制有：雨、霧和濕雪等高潮濕環境的衰減，以及大功率器件和插損的影響降低了毫米波雷達的探測距離；樹叢穿透能力差，相比微波，對密樹叢穿透力低；元器件成本高，加工精度相對要求高，單片收發集成電路的開發相對遲緩。

毫米波雷達的應用需求

（1）高精度多維搜索測量：進行高精度距離、方位、頻率和空間位置的測量定位；

（2）雷達安裝平臺有體積、重量、振動和其它環境的嚴格要求：毫米波雷達天線尺寸小、重量輕，容易滿足便攜、彈載、車載、機載和星載等不同平臺的特殊環境要求；

（3）目標特征提取和分類識別：毫米波雷達高分辨力、寬工作頻帶、大數值的多普勒頻率響應、短的波長易獲得目標細節特征和清晰輪廓成像等特點，適于目標分類和識別的重要戰術要求；

（4）小目標和近距離探測：毫米波短波長對應的光學區尺寸較小，相對微波雷達更適于小目標探測。除特殊的空間目標觀測等遠程毫米波雷達外，一般毫米波雷達適用于30 km 以下的近距離探測；

（5）抗電子戰干擾性強：毫米波窗口可用頻段寬，易進行寬頻帶擴頻和跳頻設計。同時針對毫米波雷達的偵察和干擾設備面臨寬頻帶、大氣衰減和窄波束等干擾難題，毫米波雷達相對微波雷達具有更好的抗干擾能力。

毫米波雷達的具體應用

①導彈制導：毫米波雷達的主要用途之一是戰術導彈的末段制導。毫米波導引頭具有體積小、電壓低和全固態等特點，能滿足彈載環境要求。當工作頻率選在35吉赫或94吉赫時，天線口徑一般為10～20厘米。此外，毫米波雷達還用于波束制導系統，作為對近程導彈的控制。

②目標監視和截獲：毫米波雷達適用于近程、高分辨力的目標監視和目標截獲，用于對低空飛行目標、地面目標和外空目標進行監測。

③炮火控制和跟蹤：毫米波雷達可用于對低空目標的炮火控制和跟蹤，已研制成94吉赫的單脈沖跟蹤雷達。

④雷達測量：高分辨力和高精度的毫米波雷達可用于測量目標與雜波特性。這種雷達一般有多個工作頻率、多種接收和發射極化形式和可變的信號波形。目標的雷達截面積測量采用頻率比例的方法。利用毫米波雷達，對于按比例縮小了的目標模型進行測量，可得到在較低頻率上的雷達目標截面積。此外，毫米波雷達在地形跟蹤、導彈引信、船用導航等方面也有應用。

隨著電動汽車和自動駕駛技術的迅速發展，車載激光雷達（LiDAR）已成為這一領域的關鍵技術。它為汽車提供高精度的三維環境感知能力，是實現安全自動駕駛的核心組件之一。然而，激光雷達系統在運行過程中會產生大量熱量，因此，有效的熱管理以及導熱界面材料對于保證其性能和穩定性至關重要。在這方面，盛恩AF系列非硅導熱片展現出了獨特的優勢。

車載激光雷達的工作原理與應用

車載激光雷達通過發射激光脈沖并測量其與物體的反射時間來確定物體的位置和距離，從而創建精確的三維環境映射。這項技術在自動駕駛汽車中被廣泛應用于實時環境掃描、障礙物檢測和車道辨識等多個方面，為自動駕駛提供了可靠的數據支持。

車載激光雷達的熱管理需求

由于高強度的運作，激光雷達系統的核心組件，如激光發射器和光學傳感器，會產生大量的熱量。如果不加以有效管理，過熱可能導致系統性能下降、精度損失甚至損壞設備。因此，高效的熱管理系統對于維持車載激光雷達的正常運行至關重要。

激光雷達，也稱光學雷達（LIght Detection And Ranging）是激光探測與測距系統的簡稱，它通過測定傳感器發射器與目標物體之間的傳播距離，分析目標物體表面的反射能量大小、反射波譜的幅度、頻率和相位等信息，從而呈現出目標物精確的三維結構信息。

自上世紀60年代激光被發明不久，激光雷達就大規模發展起來。目前激光雷達廠商主要使用波長為 905nm 和 1550nm 的激光發射器，波長為 1550nm 的光線不容易在人眼液體中傳輸，這意味著采用波長為 1550nm 激光的激光雷達的功率可以相當高，而不會造成視網膜損傷。更高的功率，意味著更遠的探測距離，更長的波長，意味著更容易穿透粉塵霧霾。但受制于成本原因，生產波長為1550納米的激光雷達，要求使用昂貴的砷化鎵材料。廠商更多選擇使用硅材料制造接近于可見光波長的 905nm 的激光雷達，并嚴格限制發射器的功率，避免造成眼睛的永久性損傷。

而測距原理上目前主要以飛行時間（time of flight）法為主，利用發射器發射的脈沖信號和接收器接受到的反射脈沖信號的時間間隔來計算和目標物體的距離。

也有使用相干法，即為調頻連續波（FMCW）激光雷達發射一束連續的光束，頻率隨時間穩定地發生變化。由于源光束的頻率在不斷變化，光束傳輸距離的差異會導致頻率的差異，將回波信號與本振信號混頻并經低通濾波后，得到的差頻信號是光束往返時間的函數。調頻連續波激光雷達不會受到其他激光雷達或太陽光的干擾且無測距盲區；還可以利用多普勒頻移測量物體的速度和距離。調頻延續波 LiDAR 概念并不新穎，但是面對的技術挑戰不少，例如發射激光的線寬限制、線性調頻脈沖的頻率范圍、線性脈沖頻率變化的線性度，以及單個線性調頻脈沖的可復制性等。

關于 FMCW 的原理，可以閱讀本系列的下一篇文章：Yvon Shong：走進自動駕駛傳感器（二）——毫米波雷達

調幅連續波（AMCW）激光雷達與基本的飛行時間系統相似的是，調幅連續波激光雷達發射一個信號，測量激光反射回來的時間。但區別在于，時間飛行系統只發射一個脈沖，調幅連續波 LiDAR 通過改變激光二極管中的極電流來調整發射光強度，從而實現調制。激光雷達應用于測繪主要有測距、定位以及地表物體的三維繪制；其達作為一種重要的傳感器，目前正在自動駕駛領域和無人飛行器領域得到廣泛應用。