人们普遍认为，ADAS 和自动驾驶（AD）可以通过对车辆周围环境的有效感知来实现自动巡航的算法。 鉴于在生命攸关的情况下对传感的绝对依赖，多种传感方式被使用，数据被融合在一起，相互增强并提供冗余。 这使得每种技术都能发挥其优势，并提供一个更好的综合解决方案。

今后，用于汽车 ADAS 和 AD 的传感器将突出的三种模式是图像传感器、雷达和激光雷达。 这些传感器中的每一个都有自己的优势，它们一起可以组成一个完整的传感器套件，提供数据，使感知算法能够通过传感器融合做出决策，可以为场景中的每个点或核心物体提供颜色、强度、速度和深度。

传感器融合利用每种模式的优势，提供有关车辆周围环境的完整信息。

在这三种原理模式中，激光雷达是最近开始被商业化的技术，尽管使用光来测量距离的概念可以追溯到几十年前。 根据 Yole Développement 的数据，汽车激光雷达的市场将呈现惊人的增长，从 2020 年的 3900 万美元将上升到 2025 年的预计 17.5 亿美元，这是由需要完整传感器套件的 AV 系统的增长所推动的。 这个机会是如此之大，以至于有远超过 100 家公司在研究激光雷达技术，到 2020 年对这些公司的累计投资超过 15 亿美元，而这还是在 2020 年底开始的一些激光雷达公司通过 SPAC 上市风波之前。 但是，当有如此多的公司致力于一项技术时，其中一些技术在根本上是不同的，例如光的波长（突出的例子是 905nm 和 1550nm），不可避免地会有一个获胜的技术来整合，正如一次又一次看到的那样，无论是网络的以太网还是视频的 VHS。

当人们看到激光雷达技术的客户，即车厂和各种 AV 公司时，他们心中最重要的是自己的要求。 最终，这些公司希望供应商为他们提供低成本、高可靠性的激光雷达，同时满足测距和检测低反射率物体的性能规范。 尽管所有的工程师都有强烈的主张，但如果供应商能以合适的成本满足性能和可靠性的要求，这些公司很可能对具体技术的实施不关心。 而这导致了本文旨在帮助解决的基本辩论。 哪种波长将在汽车激光雷达应用中占优势？

激光雷达概览

为了开始解决这个问题，有必要了解激光雷达系统的结构，其中有不同的架构。相干激光雷达，其中一种类型被称为FMCW（frequency-modulated continuous wave），将传输的激光信号与回波结合，计算物体的距离和速度。FMCW 提供了一些优势，但与最常见的激光雷达方法，即 dToF（direct time-of-flight）相比，仍然相对不常见。这种方法通过计时从照明源发出的非常短的光脉冲从物体上反射到被传感器检测到所需的时间来测量与物体的距离。它使用光速，通过与时间、速度和距离有关的简单数学公式，直接计算出物体的距离。一个典型的 dToF 激光雷达系统有六个主要的硬件功能，尽管波长的选择主要影响发射和接收功能。

典型 dToF 系统框图，绿色部分代表安森美产品的一些重点领域。

下图显示了各种激光雷达制造商的名单，这些制造商涵盖了知名的 Tier1 到全球所有地区的初创公司。根据市场报告和公开信息，这些公司中的绝大多数都在近红外（NIR）波长下操作他们的激光雷达，而不是短波红外（SWIR）波长。此外，虽然专注于 SWIR 的供应商被限制在这些波长上，但那些直接采用 ToF 的供应商，如果他们选择的话，都有办法制造出 NIR 的系统，同时能够利用他们现有的大量知识产权取得优势，如光束转向和信号处理功能。

在 NIR 和 SWIR 波长下工作的激光雷达制造商名单。不是一个全面的名单。（图片来源：Yole，IHS Markit，以及公开披露的信息）

鉴于这些制造商中的大多数（但不是全部）都选择了 NIR 波长，应该考虑他们是如何做出这个决定的，其影响是什么。讨论的核心是一些与光的特性有关的基本物理学传感器和构成激光雷达组件的半导体材料。

激光雷达系统中的激光器发射的光子，旨在被物体反弹并被探测器接收，必须与来自太阳的环境光子竞争。看一下太阳辐射的光谱，并考虑到大气的吸收，在某些波长的辐照度有“下降”，这将减少作为系统噪音的光子的数量。在905nm 处，太阳辐射量比 1550nm 处高约 3 倍，这意味着近红外系统必须面对更多可能干扰传感器的噪声。但这只是为激光雷达系统选择波长时需要考虑的因素之一。

传感器 在激光雷达系统中负责感应光子的部件是不同类型的光电探测器，因此有必要解释为什么它们可能由不同的半导体材料组成，这取决于要检测的波长。在一个半导体中，一个带隙将价带和导带分开。光子提供能量，帮助电子克服该带隙，使半导体导电，从而产生光电流。每个光子的能量都与它的波长有关，而半导体的带隙与它的灵敏度有关，这就是为什么根据要检测的光的波长，需要不同的半导体材料。硅是最常见和最便宜的半导体，它对 1000nm 以下的可见光和 NIR 波段都有反应。为了检测超过这个范围的 SWIR 波长，可以对更奇特的 III/V 族半导体进行合金化，使 InGaAs 等材料能够检测这些波长的光，从 1000nm 到 2500nm。

[参考文章] Demystifying LiDAR: An In-Depth Guide to the Great Wavelength Debate — Bahman Hadji