光学相控阵LiDAR介绍

由于全固态LiDAR内部没有任何宏观或微观上的运动部件，耐久性和可靠性的优势不言而喻，且顺应了自动驾驶对LiDAR固态化、小型化和低成本化的趋势，因此成为车用激光雷达的趋势。下面就按照不同的固态激光雷达技术做简单介绍。首先要介绍的是光学相控阵LiDAR。

光学相控阵LiDAR

激光雷达从机械转动向聚束成形的进化趋势与雷达完全相同：军事上广泛应用的相控阵雷达一般拥有上千个发射天线单元，通过调节波束合成的方式，可以改变雷达扫描的方向而不需要机械部件运转，灵活性很高，适合应对高机动目标，还可发射窄波束作为电子战天线。

对于激光雷达，为了完全取消机械结构，考虑通过调节发射阵列中每个发射单元的相位差来改变激光的出射角度，采用相控阵原理实现固态激光雷达。

那么什么是相控阵原理呢？生活中最常见的干涉例子是水波，两处振动产生的水波相互叠加，有的方向两列波互相增强，有的方向正好抵消，将这个原理放大，采用多个光源组成阵列，通过控制各光源发射的时间差，就能合成角度灵活，且精密可控的主光束，这就是相控阵的原理。

在光学相控阵（OPA，Optical Phased Array）LiDAR中，相控阵发射器由若干发射接收单元组成阵列，通过改变加载在不同单元的电压，进而改变不同单元发射光波特性（如光强、相位），实现对每个单元光波的独立控制，通过调节从每个相控单元辐射出的光波之间的相位关系，在设定方向上产生互相加强的干涉从而实现高强度光束，而其它方向上从各个单元射出的光波彼此相消，因此，辐射强度接近于零。组成相控阵的各相控单元在程序的控制下，可使一束或多束高强度光束的指向按设计的程序实现随机空域扫描。

光学相控阵是怎样通过控制发射阵列中每个发射单元的相位差来改变激光的出射角度呢？

我们可以通过一个简单的比喻来认识光学相控阵是如何工作的（如下图 所示）：

假设有10个人在左侧排成一列并排向前走，把他们的连线作为他们整体运动的阵列面，垂直于连线向右的方向为前进方向。

如果10个人走路的速度都一样时，则阵列面将平行向前移动，其前进方向不会发生改变，如下图 （a）所示；

如果最上方的人走得最慢，其他人的速度从上至下依次逐步增加，最下方的人走得最快，则阵列面不再是平行移动，当经过一段时间后，最下方的人走得路程最远，最上方的人走得路程最短，其阵列面的前进方向将向上方发生明显的角度改变，如下图（b）所示；

如果最上方的人走得最快，其他人的速度从上至下依次逐步减少，最下方的人走得最慢，则经过一段时间后，阵列面的前进方向将向下方发生明显的角度改变，如下图（c）所示。