前言

在華為ADS 4.0的發(fā)布會上，一條關(guān)于固態(tài)激光雷達的描述引起了人們注意。

固態(tài)激光雷達是ADS 4.0感知系統(tǒng)的重要組成部分，用于描述這一器件的優(yōu)點的文字篇幅也明顯超過了對單一器件應(yīng)該給于的篇幅，這些優(yōu)點包括：

1、高精度探測：最小感知精度可達3cm，能夠精準檢測到下沉臺階、水管、石頭等多種障礙物，可識別懸空水管、地鎖等隱蔽障礙物，配合艙內(nèi)激光視覺傳感器，能在100km/h 時速下檢測兒童玩具等小目標，實現(xiàn)零頓挫剎停，為車輛的安全行駛提供了有力保障。

2、尺寸小巧：其尺寸僅為45×50×44mm，體積約為傳統(tǒng)方案的1/3，便于集成安裝在車輛上，不會對車輛的空間和外觀設(shè)計產(chǎn)生過大影響，有利于車輛的整體造型和布局。

3、增強側(cè)向監(jiān)測：采用“1 主雷達 + 3 固態(tài)雷達” 方案強化側(cè)向盲區(qū)監(jiān)測，提升了車輛對側(cè)向環(huán)境的感知能力，有助于減少側(cè)向碰撞事故的發(fā)生。

4、提升安全冗余：作為全維防碰撞系統(tǒng)CAS 4.0 的一部分，實現(xiàn)了全時速、全方向、全目標、全天候的主動安全能力，與分布式毫米波雷達等傳感器協(xié)同工作，為車輛提供了全方位的安全防護。

所謂固態(tài)激光雷達，是指里面沒有旋轉(zhuǎn)的機械掃描裝置，所以可以做的更小，更耐久更結(jié)實，因為沒有太多的精巧結(jié)構(gòu)可以損壞。它和傳統(tǒng)機械式激光雷達的區(qū)別，可以類比固態(tài)硬盤和機械硬盤的差別。

圖激光雷達是重要的車載感知器件，圖片來自網(wǎng)絡(luò)

固態(tài)雷達確實是比較新的事物，但并非ADS 4.0最先引入。之所以引起業(yè)界注意，是因為其應(yīng)用前景廣闊。

機械式激光雷達需要帶動反射鏡旋轉(zhuǎn)掃描，靠接收反射光來測定目標的距離、方位和反射強度。

圖機械式激光雷達原理圖，圖片來自網(wǎng)絡(luò)

每一個反射點信號都是四元組（x,y,z,q）,xyz是三維坐標，q代表反射強度。

激光雷達是可以識別車道線的，即使車道線是用白漆刷在馬路上的，在xyz坐標上與路面無異，但是車道線表面的反射強度和路面不一樣，所以可以識別車道線。

圖車展現(xiàn)場激光雷達點云的實時效果，圖片來自網(wǎng)絡(luò)

 圖激光雷達看路面，圖片來自網(wǎng)絡(luò)

Lidar系統(tǒng)通過發(fā)射激光束，然后測量激光從發(fā)射到被目標反射回來的時間，來計算出目標與 Lidar 設(shè)備之間的距離等信息。每次激光脈沖發(fā)射和接收的過程，就對應(yīng)著一個點的測量和生成。由于 Lidar 每秒會發(fā)射大量的激光脈沖，所以能快速生成大量的點，這些點共同構(gòu)成了點云數(shù)據(jù)，用于描述目標物體或場景的三維信息。例如，一些用于自動駕駛的 Lidar 傳感器，每秒可能會發(fā)射數(shù)十萬個激光脈沖，也就意味著每秒能生成數(shù)十萬個點。

一些常見的機械式激光雷達中，如速騰聚創(chuàng)的Helios系列，其電機轉(zhuǎn)速有300rpm、600rpm和 1200rpm 三檔，分別對應(yīng) 5Hz、10Hz 和 20Hz 的幀率。這意味著電機每旋轉(zhuǎn)一圈，就會掃描一次環(huán)境并輸出一幀點云數(shù)據(jù)（一圈就是一幀）。再如奧迪 A8 的4線束激光雷達，其旋轉(zhuǎn)鏡由電機驅(qū)動，轉(zhuǎn)速約為 700r/min，水平探測范圍約 145°，可實現(xiàn)較好的環(huán)境感知。

一般來說，電機轉(zhuǎn)速越快，激光雷達的掃描速度就越快，輸出點云的速度也越快，能更及時地獲取周圍環(huán)境的信息，對于快速移動的目標或復(fù)雜環(huán)境的監(jiān)測更有利。但轉(zhuǎn)速的提升也會受到激光發(fā)射和接收模塊的性能、數(shù)據(jù)處理能力以及功耗等因素的限制。

激光雷達的“線” 指的是激光雷達在垂直方向上能夠發(fā)射和接收激光脈沖的激光線數(shù)量。

激光雷達通過發(fā)射激光脈沖并測量反射光來檢測距離等信息。線數(shù)越多，通常意味著垂直方向上的激光束越多，能獲取的環(huán)境信息就越豐富，點云分辨率也越高，成像更清晰。例如，128線激光雷達形成的點云圖能清晰分辨 200 米外車輛輪胎紋理，而 16 線雷達僅能勾勒出模糊輪廓。

對于360° 旋轉(zhuǎn)式和一維轉(zhuǎn)鏡式架構(gòu)的激光雷達，線數(shù)等同于激光雷達內(nèi)部激光器的數(shù)量。

LiDAR每秒產(chǎn)生點的數(shù)量與線數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)、水平視場角、水平角分辨率等因素有關(guān)。一幀點云包含的點的個數(shù)計算公式為：水平視場角 \ 水平角分辨率）* 線束數(shù)。而每秒產(chǎn)生的點數(shù) = 一幀點云包含的點的個數(shù) × 幀率（轉(zhuǎn)數(shù)）。

例如，對于一個360° 視場角、64 線、10Hz （一秒十圈）的激光雷達，水平角分辨率假設(shè)為 0.1°，那么一幀點云包含的點數(shù)為360 \ 0.1*64 = 230400個，每秒產(chǎn)生的點數(shù)則為230400*10 = 2304000個

激光雷達要看周圍環(huán)境，是非掃描不可的，不掃描除非在360°全方位都裝上激光器發(fā)射頭和反射鏡，但是這個成本是無法承受的。

而固態(tài)激光雷達沒有旋轉(zhuǎn)，又不是在360°全方位都裝上發(fā)射頭和反射鏡，那么如何實現(xiàn)掃描呢？

回答是只要能改變激光速的方向即可，不一定是通過旋轉(zhuǎn)來改變方向。

固態(tài)激光雷達能夠不用旋轉(zhuǎn)的根本原因是其采用了非機械旋轉(zhuǎn)的掃描技術(shù)，通過電子部件或光學原理來控制激光的發(fā)射角度和掃描方向，主要包括以下幾種技術(shù)方式：

光學相控陣技術(shù)：利用光學相控陣列，通過調(diào)節(jié)發(fā)射陣列中各個發(fā)射單元的相位差，來改變激光的出射角度，實現(xiàn)光束的指向掃描。這種方式基于電信號對相位的嚴格控制，可稱為電子掃描技術(shù)，完全摒棄了機械結(jié)構(gòu)，掃描速度快，精度高，能在短時間內(nèi)對不同方向進行快速掃描。

圖光學相控陣激光雷達示意圖，圖片【1】

Flash 技術(shù)：Flash 固態(tài)激光雷達是一種非掃描式雷達，它通過短時間內(nèi)直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光，再利用高度靈敏的接收器來完成對環(huán)境周圍圖像的繪制，無需通過機械旋轉(zhuǎn)或掃描部件來改變激光的發(fā)射方向，而是一次性獲取整個視場的信息。 

圖Flash激光雷達示意圖，圖片來自【1】

Flash激光雷達取FLash的名字，是因為它工作時會短時間內(nèi)直接發(fā)射出一大片覆蓋探測區(qū)域的激光，就像閃光一樣，快速照亮目標場景，再利用高度靈敏的接收器來完成對環(huán)境周圍圖像的繪制，一次性獲取整個視場的信息 ，而不是像機械式激光雷達那樣通過旋轉(zhuǎn)等方式逐點掃描。如果要類比，可以類比照相機曝光。

lMEMS 技術(shù)：基于 MEMS 的固態(tài)激光雷達利用微振鏡來改變單個發(fā)射器的發(fā)射角度進行掃描，通過懸臂梁在橫縱兩軸的高速周期運動，改變激光的反射方向，從而形成面陣掃描視場。雖然 MEMS 技術(shù)中存在微小的機械運動部件，但與傳統(tǒng)機械式激光雷達的大型旋轉(zhuǎn)部件相比，其結(jié)構(gòu)得到了極大簡化，體積更小，可靠性更高。

圖MEMS激光雷達示意圖，圖片來【1】

下面以光學相控陣激光雷達為例：

圖光學相控陣（OPA）固態(tài)激光雷達的詳細原理圖，圖片來自網(wǎng)絡(luò)

光學相控陣（OPA）的原理和結(jié)構(gòu)，具體解釋如下：

圖中包含如下組件：

• Waveguide（波導(dǎo)）：圖中灰色線條，用于引導(dǎo)光的傳播路徑。

• Light splitter（分光器）：灰色矩形塊，作用是將輸入光分成多路，使光能夠進入不同的通道。

• Phase shifters（移相器）：黑色方塊標注“φ” ，通過調(diào)節(jié)電信號改變光的相位。

• Grating couplers/Antennas（光柵耦合器/ 天線）：負責將波導(dǎo)中的光耦合輸出，發(fā)射到自由空間中。

各子圖內(nèi)容羅列如下：

• 圖(a)：左側(cè)激光源（Laser）發(fā)出光，經(jīng)波導(dǎo)傳輸，由分光器將光分成多路，每路光經(jīng)過移相器后，由光柵耦合器 / 天線發(fā)射出去。圖中展示了光在光學相控陣中的傳輸路徑，通過坐標軸（x、y、z）及角度（φ、θ）表示光的出射方向。

• 圖(b)：與圖 (a) 類似，同樣是激光源發(fā)出光，經(jīng)分光器分路、移相器調(diào)節(jié)相位后由光柵耦合器 / 天線發(fā)射。但與圖 (a) 的光出射方向有所不同，體現(xiàn)了通過移相器改變光相位進而改變出射角度的原理。

• 圖(c)：展示了一維光學相控陣中波前（wavefront）的情況。多個發(fā)射單元（標注 φ 的三角形）發(fā)出的光形成平面波前，通過控制各單元相位可控制波前方向。

• 圖(d)：同樣是關(guān)于波前的示意圖，展示了通過調(diào)節(jié)發(fā)射單元相位，使波前產(chǎn)生傾斜，改變光的傳播方向（以角度 φ 表示），體現(xiàn)光學相控陣掃描光束的原理。

圖軍用相控陣雷達，可以類比光學相控陣固態(tài)激光雷達，圖片來自網(wǎng)絡(luò)

光學相控陣激光雷達原理有點像老式旋轉(zhuǎn)天線雷達到相控陣雷達的改變，畢竟光也是一種波長極短的無線電波罷了。

固態(tài)激光雷達的發(fā)展和上車應(yīng)用

固態(tài)激光雷達作為自動駕駛新興核心傳感器，近年來在技術(shù)迭代和商業(yè)化應(yīng)用上取得顯著進展。以下是其發(fā)展歷程、技術(shù)路線及上車應(yīng)用的分析：

1、技術(shù)發(fā)展歷程與現(xiàn)狀

技術(shù)演進路徑從機械式→半固態(tài)→全固態(tài)：激光雷達從早期機械旋轉(zhuǎn)式（體積大、成本高）逐步向無運動部件的純固態(tài)過渡，提升可靠性和量產(chǎn)能力。

主流固態(tài)技術(shù)路線

• Flash激光雷達：通過面陣激光一次性照射場景，適合補盲應(yīng)用，但受限于SPAD探測器量產(chǎn)進度，成本較高。

• OPA（光學相控陣）：通過電控相位調(diào)整光束方向，無需機械掃描，但技術(shù)成熟度較低，光作為一種波長超短的電磁波，要控制其相互干涉不容易。

而MEMS技術(shù)在半固態(tài)激光雷達中用的比較多。

半固態(tài)是指部分結(jié)構(gòu)固定，部分采用可運動部件，不像機械式激光雷達通過整體機械旋轉(zhuǎn)掃描，也不像固態(tài)激光雷達完全無機械運動部件。比如，它可能使用一個或幾個旋轉(zhuǎn)的鏡片（如MEMS 微鏡、轉(zhuǎn)鏡、棱鏡 ）來改變激光束方向?qū)崿F(xiàn)掃描 。結(jié)合固定部件與動態(tài)部件進行一維或二維掃描 。如 MEMS 半固態(tài)激光雷達靠微鏡在橫縱兩軸高速周期運動改變激光反射方向；一維掃描型通常用僅在水平方向低速轉(zhuǎn)動的反射鏡改變光線方向 。相比機械式，體積更小、成本更低、可靠性更高，易集成到車輛等設(shè)備；與固態(tài)比，雖有運動部件，但在性能和成本間達到較好平衡，是當下量產(chǎn)車等應(yīng)用的主流選擇。

目前關(guān)鍵技術(shù)突破

• 小型化：Flash激光雷達從“車廂級”縮小至“厘米級”，得益于激光器與探測器陣列集成。

• 芯片化：SPAD（單光子雪崩二極管）和SoC（系統(tǒng)級芯片）國產(chǎn)化推動成本下降，可以參考【2】和【3】。

以下我們列舉一些國內(nèi)使用固態(tài)激光雷達做輔助駕駛的案列，因為這些案例引述原始報道，使用了自動駕駛字眼（比如華為智駕），本文仍然沿用它們自動駕駛的叫法：

• 滴滴自動駕駛與RoboSense 速騰聚創(chuàng)合作方案：RoboSense 速騰聚創(chuàng)與滴滴自動駕駛達成合作，雙方基于 RoboSense 的全固態(tài)數(shù)字化激光雷達 E1，圍繞滴滴自動駕駛與廣汽埃安合作的首款 L4 Robotaxi 車型開展工作。E1代表了激光雷達數(shù)字化的重要進展，率先且迄今為止唯一實現(xiàn)了 SPAD - SoC 芯片自研量產(chǎn)，還突破了二維可尋址 VCSEL 技術(shù)等，沒有任何運動部件，能滿足各類場景需求。參考【4】

• RoboSense 速騰聚創(chuàng) RS - Fusion - P6 方案：這是 RoboSense 推出的首款面向 L4 自動駕駛的車規(guī)級固態(tài)激光雷達感知解決方案。它完美融合了基于二維 MEMS 掃描技術(shù)的硬件和基于人工智能技術(shù)的軟件，具備靈活可擴展性，適用于多種自動駕駛應(yīng)用。該方案采用四顆 M - series 固態(tài)激光雷達，可實現(xiàn) 360 度水平范圍的智能感知，能檢測 200 米外的交通狀況，并快速處理數(shù)據(jù)，為自動駕駛控制中心提供反饋。參考【5】

• 禾賽科技“千厘眼” 感知方案：禾賽科技在 2025 年上海車展前夕發(fā)布 “千厘眼” 感知方案，涵蓋 L2 至 L4 級智能駕駛需求。其中面向 L4 級自動駕駛系統(tǒng)的 “千厘眼 A” 方案，包含 4 顆超高清 AT1440 以及 4 顆純固態(tài) FTX 激光雷達。該方案遠距近距兼?zhèn)?，全視野無盲區(qū)，以業(yè)界最高線數(shù)的超高性能激光雷達實現(xiàn) 360° 全覆蓋，可實現(xiàn)厘米級小目標探測能力，滿足 L4 自動駕駛應(yīng)用如 Robotaxi、Robotruck 等高速行駛所需的全向高清感知。參考【6】

• 華為乾崑智駕ADS 4 方案：華為乾崑智駕 ADS 4 采用全新的 WEWA 架構(gòu)，通過云端 AI 生成難例擴散模型，結(jié)合車端高精度固態(tài)激光雷達、艙內(nèi)激光視覺傳感器等新型感知模組，實現(xiàn)端到端時延降低 50%、通行效率提升 20%、緊急制動率下降 30% 的突破性進展。其 Ultra 旗艦版支持高速 L3、泊車代駕及全場景智能輔助駕駛，通過全維防碰撞系統(tǒng) CAS 4.0、首發(fā)量產(chǎn)高精度固態(tài)激光雷達（最小精度 3cm）及分布式毫米波雷達，實現(xiàn)了全時速、全方向、全目標、全天候的主動安全能力。參考【7】

• 小馬智行第七代車規(guī)級自動駕駛系統(tǒng)：小馬智行2025 年上海車展發(fā)布的第七代車規(guī)級自動駕駛系統(tǒng)，是全球首個基于車規(guī)級芯片實現(xiàn) L4 級全場景無人駕駛能力的方案，采用 100% 車規(guī)級零部件，覆蓋固態(tài)激光雷達、英偉達 Orin - X 芯片等關(guān)鍵組件，設(shè)計壽命長達 10 年 60 萬公里。同時基于 PonyWorld 世界模型技術(shù)，L4 級 Robotaxi 車隊已實現(xiàn) 50 萬小時全場景、全無人運營，安全性更高。參考【8】

目前最小的固態(tài)激光雷達 

圖索尼AS-DT1微型LiDAR，圖片來自【9】

索尼AS-DT1微型LiDAR深度傳感器宣傳是嵌入式Lidar，但屬于固態(tài)雷達（Solid-State LiDAR）。

AS-DT1采用直接飛行時間（dToF）技術(shù)，并搭載單光子雪崩二極管（SPAD）傳感器模塊。固態(tài)雷達的核心特征是無機械運動部件，依賴半導(dǎo)體技術(shù)實現(xiàn)光束控制，而dToF+SPAD的組合正是典型的固態(tài)方案。

• 尺寸與重量：僅29×29×31mm（比華為ADS4.0的固態(tài)激光雷達45×50×44mm還要小的多）、50克，為全球最小最輕的LiDAR傳感器。這種極致小型化依賴索尼的光學鏡頭集成技術(shù)和堆棧式SPAD設(shè)計。

• 應(yīng)用場景：面向無人機、機器人、輔助駕駛汽車等對體積敏感的領(lǐng)域，需高度可靠的固態(tài)方案。汽車雖大，但對Lidar體積敏感的場景很常見，比如家用轎車的側(cè)面補盲，經(jīng)常裝在B柱上，而B柱的寬度和厚度十分有限。還有港口無人集卡，在吊裝集裝箱時需要準確對位，對位用的1線激光雷達是裝在集裝箱卡車側(cè)面新增的一個小支撐柱上（這樣就不用改動車體），這是筆者在廈門港無人集卡項目的實際經(jīng)歷。

索尼AS-DT1通過dToF+SPAD技術(shù)、無機械結(jié)構(gòu)設(shè)計和超小型化封裝，符合固態(tài)雷達的技術(shù)標準，是當前固LiDAR領(lǐng)域的前沿產(chǎn)品。其發(fā)布也反映了行業(yè)向嵌入式、芯片級解決方案發(fā)展的趨勢。

總結(jié)

根據(jù)報告【10】，預(yù)計2030年全球固態(tài)激光雷達市場將超240億美元，年復(fù)合增長率約30%。后續(xù)技術(shù)融合，多傳感器融合（攝像頭+雷達）與4D點云成像成為發(fā)展方向。而且固態(tài)激光雷達除了體積小重量輕外，還有價格優(yōu)勢。固態(tài)激光雷達與機械激光雷達在價格上存在顯著差異，以下是詳細對比分析：

1. 價格區(qū)間對比

  2. 成本差異原因

機械式雷達：依賴旋轉(zhuǎn)部件和復(fù)雜光學結(jié)構(gòu)，芯片組成本高（如16組芯片成本達3,200美元），且體積大、量產(chǎn)難度高。

固態(tài)雷達：采用MEMS微振鏡或Flash等芯片化方案，集成度高，生產(chǎn)成本大幅降低（約機械式的1/10）。

但是固態(tài)激光雷達也存在挑戰(zhàn)和不足：

而且固態(tài)激光雷達相比機械激光雷達還有些劣勢：

1.探測距離和分辨率

探測距離較短：固態(tài)激光雷達的探測距離通常較短，一般在幾百米范圍內(nèi)，而機械激光雷達可以實現(xiàn)更遠的探測距離（如100米以上）。

分辨率較低：固態(tài)激光雷達的分辨率通常不如機械激光雷達，尤其是在遠距離探測時，其點云密度和細節(jié)表現(xiàn)較差。

2.視場角（FOV）限制

視場角較?。汗虘B(tài)激光雷達的視場角通常較窄，難以實現(xiàn)360°全景掃描，而機械激光雷達可以通過旋轉(zhuǎn)部件實現(xiàn)大范圍掃描。

動態(tài)目標檢測受限：窄視場角可能導(dǎo)致對快速移動目標的跟蹤能力不足。

3.環(huán)境適應(yīng)性

抗干擾能力較弱：固態(tài)激光雷達的接收面較大，容易引入環(huán)境光噪聲，影響信噪比和掃描精度。

極端氣候性能差：在雨雪、霧霾等極端天氣條件下，固態(tài)激光雷達的性能可能顯著下降。

4.技術(shù)成熟度

量產(chǎn)難度高：部分固態(tài)技術(shù)（如OPA、Flash）仍處于發(fā)展階段，存在可量產(chǎn)性、精度和可靠性問題。

掃描頻率低：固態(tài)方案的掃描頻率可能低于機械式，影響實時性。

5.成本與性能權(quán)衡

低成本犧牲精度：部分固態(tài)方案通過降低線束或簡化結(jié)構(gòu)來壓縮成本，但可能導(dǎo)致性能妥協(xié)。

對比表格如下：

總的來說，固態(tài)激光雷達在可靠性、體積和成本上具有優(yōu)勢，沒有那么多需要物理運動的結(jié)構(gòu)，但短期內(nèi)仍需克服探測距離、分辨率和環(huán)境適應(yīng)性等技術(shù)瓶頸。機械激光雷達則在性能上更勝一籌，適合高精度需求場景。

所以固態(tài)激光雷達上車，往往是先作為補盲雷達。

但是華為乾崑智駕ADS 4 的 Ultra 旗艦版中，高精度固態(tài)激光雷達是主要雷達，而非單純的補盲雷達。

據(jù)報道，這種高精度固態(tài)激光雷達最小精度達3cm，最遠探測距離 250 米，垂直方向大 FOV 視角實現(xiàn)全方向感知覆蓋，不僅能精準識別各類障礙物、還原物理世界，還與艙內(nèi)激光視覺傳感器、分布式毫米波雷達等協(xié)同構(gòu)成全維防碰撞系統(tǒng) CAS 4.0，在高速 L3全場景智能輔助駕駛等功能中發(fā)揮核心感知作用 ，是智駕系統(tǒng)的主要雷達。它也是ADS 4創(chuàng)新性和先進性的來源之一。