基于MEMS技术的激光雷达如何应对性能挑战

基于MEMS技术的激光雷达传感器价格较低，但性能不足以用于自动驾驶汽车。我们经常听到这样的说法。我们的传感器如何使这种说法无效，激光雷达MEMS技术BD135如何发展，激光雷达镜的理想尺寸如何找，其决定性因素如何解释。

汽车应用的必要条件是性能和可量产性。

应用自动驾驶汽车激光雷达必须满足两个基本要求：一方面，它能提供高性能，包括远距离和开阔视野，另一方面，它必须具规模化的生产性能，才能生产安装上百万辆汽车。激光雷达厂家想出了一系列应对挑战的办法。机械激光雷达系统是当今最常用的能移动光束偏转单元的系统，虽然机械激光雷达视野开阔（有的能达到360°），距离远，但其机械设备需定期保养，体积大，重量大，生产成本高，一般机械激光雷达只满足高性能。

另一个挑战是MEMS（微电子机械系统）技术。该零件由硅制成，具有可扩展性优势：能够大规模生产具有成本效益的零件，因为该技术已经应用和测试了多年。

但基于MEMS技术的激光雷达如何应对性能挑战呢？

为了实现远程检测，选择光源。

为了让自动驾驶汽车能在高速公路上安全行驶，必须能看得见，感知周围的世界——不仅要靠近，还要行驶得更远。这在高速公路上行驶尤为重要，因为车辆行驶速度快，必须对远程物体、弯道等车辆进行可靠的检测，以便及时响应。因此，需要远程检测传感器，以便在高速公路上实现自动驾驶。

要使激光雷达传感器到达这一探测距离，发射器或探测器必须专业优化这一应用。首先可能的优化是激光源。激光雷达传感器常用激光源波长，激光源波长有两种，有的雷达雷达厂家使用的是波长为1550nm的激光器，这种波长激光器不会专注于人眼视网膜。所以激光器即使在高能耗水平下，也是符合人眼安全标准的。激光雷达的激光能量越高，探测距离越长。但是这种激光器也有一个致命的缺点：1550nm激光器体积大，制造复杂，导致激光雷达壳大，成本高。

所以很多激光雷达采用的是激光二极管，激光脉冲发射波长为905nm，它们的显著优势很小，在其他领域得到了广泛的应用。实际上，这些二极管价格便宜，市面上可以买到很多。但是，由于发射极的优化有限，眼安全法则要求二极管的光束强度低于150nm激光150nm。

找尺寸合适的反射镜。

那么检测仪器如何优化呢？在实现远程检测中，孔径起着重要的作用。在MEMS的设计中，孔径对应于镜面尺寸，要尽量捕捉光线，需要大光圈——也就是说，是尽量大的镜面。但是镜面尺寸也是有限制的，最好的镜面尺寸需要结合这些因素来计算，这些因素有：光子数、激光直线、偏角、共振频率。

光子数

一方面，激光雷达所应用的反射镜的尺寸取决于要发射多少光子才有充足的光子返回才可以检测目标。根据环节估算，能够精确测算最少光子的总数。测量包含经反射面丢失的间距和光子总数、光的散射量和检测仪的高效率。根据这类方式，能够再次检测充足总数的光子，是能够计算必须发射多少光子或孔径的。此外，传感器采用同轴设计，表明只能再次检测同向发射的光。这有益于传感器防止检验别的干扰光信号。

激光准直

激光一定要直击目标，获取高分辨率数据，可靠地识别小目标。这是在激光前放置一个镜片来实现的。现在，镜片的尺寸又要起作用了：镜片必须足够大，以偏离所有镜片的直射光。

共振频率

MEMS反光镜有一定的谐振频率。它们是由集成执行机构触发的，因此不需要电机或任何其它机械设备。由于电机和运动部件磨损快，需要定期维护，因此具有明显的优势。如果振动是由集成执行机构触发的，则不会出现这些问题。反光镜的共振频率取决于反光镜的尺寸和安装方式。为此，我们研发了嵌入式反光镜技术，使其能够使用更大的镜面尺寸。由于直径足够大，大量的光子通过反光镜直接返回探测器。这使激光雷达传感器能够实现精确的远距离探测。此外，传统的反光镜比只有几毫米直径的传感器更耐用，因为它们的尺寸更大。红科激光雷达所用的反光器具有更高的谐振频率，因为它们具有更轻的结构，这保证了尽可能多的光子返回探测器：如果反光器的振动过快或过慢，检测器仍能检测出大量的轴结构。

定制设计的MEMS技术。

总之，反光镜的大小是由一系列因素决定的。基于MEMS的高性能激光雷达必须研究反光镜的组成、大小和嵌入方法。只有结合MEMS技术和激光雷达的应用，才能满足长距离、视野开阔、分辨率高的要求。