[首發于智駕最前沿微信公眾號]激光雷達（LiDAR）作為自動駕駛車輛環境感知的“第三只眼”，能夠發射激光脈沖并接收反射光，實時構建周圍物體的三維點云，從而為車輛決策提供精準的距離和形狀信息。與攝像頭相比，激光雷達不受光線的影響，探測距離更遠、精度更高、抗干擾能力更強。

上圖示例為車載激光雷達采集到的三維點云。最早應用于無人車的機械式激光雷達借助電機驅動旋轉鏡體，實現360度水平掃描，因此視場角大、探測距離遠、點云密度高。這種方案技術成熟度最高，Velodyne的早期64線雷達就可探測數百米范圍并輸出高密度點云。缺點是結構復雜、體積大、成本高昂（往往萬元以上），且由于機械旋轉部件的壽命有限，可靠性不足。因此，機械雷達主要用于研發測試或路側監測等對成本敏感度低的場景。

隨著技術發展，半固態（混合式）激光雷達逐漸成為主流量產方案，現在很多以智駕為宣傳點的車輛上使用的就是半固態式激光雷達。半固態設計通常僅保留一個或若干微型運動部件（如轉鏡或MEMS微振鏡）來控制激光掃描方向，而發射和接收模塊本身多為固定結構。這種設計將機械運動限制在微小范圍內，大大降低了體積和成本，并使車規級量產成為可能。一種常見的半固態方案是通過一個旋轉的多面體棱鏡一維掃描，再配合一個垂直振鏡進行二維掃描，從而用少量激光器實現高線束覆蓋和高分辨率點云。典型產品如禾賽AT128雷達內部集成128個激光通道，可在垂直方向同時發射128束激光，提供接近相機級別的點云分辨率，并實現約200米的探測距離和每秒153萬點的點云輸出。

全固態激光雷達則徹底取消了所有機械運動部件，依靠電子手段進行激光束掃描。主要技術路線有光學相控陣（OPA）和Flash（泛光面陣）兩種。OPA利用芯片上由多個發射單元組成的相控陣，通過調節單元相位差來改變發射光束角度，從而快速、可控地掃描空間。Flash方式則類似于“閃光燈”照相，一次發射一大片激光覆蓋探測區域，再用高靈敏接收器直接構建三維圖像。全固態方案在結構上最為簡單，集成度最高，理論上可以實現最小體積、最低成本、最高可靠性。純固態設計可以把發射器、光學調制器和探測器芯片做成單片，從而顯著降低材料成本并簡化組裝過程；去掉轉動部件后使用壽命可延長到數萬小時，有利于車輛級大規模應用。在理論上，全固態激光雷達具有取代機械式和半固態的巨大潛力，預計若量產良率達標，單價可以被控制在幾百美元甚至更低。

從技術原理上看，全固態激光雷達的優勢非常明顯，但為何到現在還沒有真正地大面積普及？其實全固態激光雷達存在很多難點需要解決。全固態激光雷達的光束控制與掃描范圍受限，由于沒有機械旋轉，全固態雷達的掃描范圍往往需要多個收發單元并聯才能覆蓋大視場，否則單個單元的掃描角度有限。旁瓣和斑點效應也是OPA雷達的挑戰，光學相控陣在實際運行中會出現光柵旁瓣、干涉斑點等現象，使得光能在非主瓣方向擴散，從而降低探測精度和抗干擾能力。還有就是制造難度高，OPA要求陣列單元尺寸小于半個波長（一般波長約1μm，對單元尺寸要求約500nm），陣列密度越高，光能越集中，對制造精度和工藝穩定性要求極高。能量和探測距離受限，全固態設計中每個光束的能量密度較低，導致有效探測距離偏短。許多Flash雷達早期受限于激光功率密度，探測距離只有幾十米。即便通過多結VCSEL等技術提升功率密度，要達到數百米探測距離，也需要在發射功率、探測靈敏度和大規模像素陣列讀出電路等方面進行協同突破。還有就是信噪比問題，全固態設計的接收面通常比機械雷達大得多，容易接收更多環境光噪聲，信噪比較低。再加上高速行駛場景下的多普勒效應、熱效應等外部影響，全固態雷達在分辨長距離小目標時信號容易淹沒在噪聲中，需要采用高度優化的探測芯片和算法來提升可靠性。簡而言之，目前市面上的全固態產品還難以同時兼顧大視場、高探測距離和高分辨率，這也是它們短期內難以取代前向主雷達的重要原因。

相比之下，半固態激光雷達技術已相對成熟，并在當下的自動駕駛市場大規模落地。半固態雷達的集成度較高、成本顯著降低且已實現量產，目前單價一般在3000元人民幣左右。當前眾多量產車型均采用MEMS或者轉鏡式雷達作為前向主雷達或側面補盲雷達。華為與極狐合作的阿爾法SHI版搭載了96線MEMS雷達，蔚來ES6/ES8、小鵬G9等車型則采用了速騰聚創和鐳神等廠商的雷達產品。這些半固態雷達性能已能滿足L2+甚至部分L3場景需求，典型水平視場角可達100°以上，垂直視場也在20°–30°，探測距離多在150–200米范圍。而且隨著生產規模的擴大和技術優化，半固態雷達的成本仍在持續下降。有數據統計，隨著MEMS制造工藝的成熟和出貨量提升，半固態雷達未來售價有望進一步接近500–800美元。目前，它們與毫米波雷達和高清攝像頭協同構成了自動駕駛輔助系統中較為經濟高效的感知方案。

全固態激光雷達具備小體積、高可靠、低成本的理論優勢，但由于光學和電子技術的多重挑戰，目前還未能大規模量產。半固態雷達因折中式設計已成為當下自動駕駛的主流選擇，且性能不斷提升、成本持續下降。未來的激光雷達發展將繼續朝著“高性能、低成本、小體積、高可靠性”方向邁進，全固態技術的突破有望最終引領這一趨勢，但在此之前半固態解決方案仍將在市場中占據重要位置。隨著芯片工藝和算法的迭代更新，我們有理由相信全固態激光雷達的門檻會逐步被攻破，其應用前景依然值得期待。

審核編輯 黃宇