激光雷达选型指南：机械式、半固态与固态的原理、区别及应用

激光雷达技术概览

激光雷达（LiDAR，Light Detection and Ranging）作为先进的环境感知技术，在自动驾驶、机器人导航、测绘等领域扮演着关键角色。其工作原理基于飞行时间法（Time of Flight，ToF），即通过发射激光脉冲并测量脉冲从发射到接收的时间差，结合光速来精确计算目标物体与传感器之间的距离 。公式表达为d=c×t/2，其中d是目标距离，c是光速，t是激光往返时间。除距离信息外，激光雷达还可根据反射光强度获取目标物体的表面特性信息，进而生成周围环境的高精度三维点云图，为系统决策提供丰富的数据基础。随着技术的持续演进，激光雷达从早期的机械式逐步发展出半固态和固态等多种类型，每种类型在结构设计、扫描方式、性能特点及应用场景上均呈现出显著差异 。

机械式激光雷达

结构与工作原理

机械式激光雷达是最早实现商业化应用的激光雷达类型，其结构相对直观。典型的机械式激光雷达由电机、旋转支架、多个激光发射器和接收器组成 。工作时，电机驱动旋转支架带动激光发射与接收模块进行 360° 旋转，垂直方向上多束激光光束呈扇形排布。发射端的脉冲激光器以纳秒级脉宽发射特定波长（常见 905nm 或 1550nm）的激光束，单脉冲能量可达微焦耳级 。旋转镜片将激光束按特定角度偏转，在水平方向进行扫描；垂直方向则通过电机步进实现多线扫描。反射回来的激光束由雪崩光电二极管（APD）接收，时间数字转换器（TDC）精确记录发射与接收的时间差。根据光速与飞行时间，结合扫描角度信息，通过前述公式计算目标距离，并生成空间坐标，最终形成三维点云数据 。例如，Velodyne 公司早期推出的 HDL - 64E，拥有 64 组垂直排列的激光器与旋转镜片，在 10Hz 转速下每秒可输出超 200 万个空间点