我們先介紹機械式LiDAR技術，也就是最早的機械式LiDAR產品拉開了自動駕駛的序幕。

2012年5月，谷歌（Google）自動駕駛汽車正式獲得了美國內華達州車輛管理局（DMV）頒發的執照，這是美國歷史上為自動駕駛汽車頒發的第一張執照。同樣重要的是，激光雷達（LiDAR）也首次正式在自動駕駛汽車上露臉。

這個被放置在車頂上被戲謔為“全家桶”的裝置其實就是汽車的“眼睛”——LiDAR。這個“全家桶”不僅尺寸醒目，價格也是讓人瞠目——7萬美元。這就是LiDAR最初也是迄今為止最為成熟的量產形態——機械式LiDAR。

LiDAR的主要構成要素可概括為發射系統、接收系統和信號處理系統。LiDAR系統的核心組件主要有激光器、掃描器及光學組件、光電探測器及接收IC，以及位置和導航器件等。

所謂機械式LiDAR，是指其發射系統和接收系統存在宏觀意義上的轉動，也就是通過不斷旋轉發射頭，將速度更快、發射更準的激光從“線”變成“面”，并在豎直方向上排布多束激光（即32線或64線雷達），形成多個面，達到動態3D掃描并動態接收信息的目的。以“全家桶”為例，也就是由Velodyne生產的第一代機械式LiDAR（HDL-64E），豎直排列的激光發射器呈不同角度向外發射，實現垂直角度的覆蓋，同時在高速旋轉的馬達殼體帶動下，實現水平角度360度的全覆蓋。因此，我們可以看到“全家桶”在汽車行駛過程中，就一直處于360度旋轉狀態中。

下面我們簡單分析，機械式LiDAR主要構成要素。還是以Velodyne生產的第一代機械式LiDAR（HDL-64E）為例來了解其結構。

下面是其內部結構示意圖：

機械式LiDAR作為在自動駕駛車輛上最先應用的激光雷達產品，具有以下優點：

1. 掃描速度快：掃描速度只決于發射模塊的電子學響應速度，不受材料的特性影響，可以實現比光學相控陣更高的掃描頻率。

2. 接收視場小：這種掃描技術是一種發射和接收同步掃描技術，接收視場小，抗光干擾能力強，信噪比高。

3. 可承受高的激光功率：這種掃描技術完全是在自由空間中進行，可以采用高峰值功率的激光脈沖進行高信噪比的探測。

但是機械式LiDAR因為運動部件較多，除了價格高居不下以外，還存在較多不足之處。特別是用于自動駕駛汽車，存在如下缺點：

1. 結構笨重，馬達和多面體棱鏡的重量和體積較大，容易造成機械磨損，不利于長時間運轉使用。可靠性隨著時間逐漸降低，對于以“安全性”為首位的自動駕駛汽車來講，這是無法接受的致命缺陷。

2. 光通過每一個多棱鏡的表面時，都會經歷一段較短的不能接受光信號的時間，降低反射信號接收比，使得信號接收比大幅降低。

3. 裝調工作量大：需要將發射和接收模塊進行精密光學對準裝配，工作繁復，工作量大，大批量生產難度大。

未來，LiDAR在自動駕駛領域，其體積、價格、安全性、量產能力都是需要綜合考量的因素。從目前激光雷達的業界聲音來看，機械式LiDAR僅僅是過渡產品，未來應該是混合固態LiDAR和全固態LiDAR的天下。

下面，讓我們一起看看目前主流LiDAR企業的量產的機械式LiDAR的產品布局吧。細數機械式LiDAR企業，也可窺見未來LiDAR技術的發展方向。

1. Velodyne

Velodyne公司的機械旋轉式產品在車載激光雷達領域占據統治地位，后續推出混合固態的產品，成本有所降低，正在逐步研發全固態激光雷達。Velodyne公司獲得百度與福特1.5億美元的投資，計劃到2020年左右成本降至500美金。

從技術方向看，Velodyne公司后續產品在俯仰方向（垂直于水平面方向）均采用了電子掃描技術，在方位方向（水平方向）采用機械360度旋轉掃描。技術路線已經從機械式LiDAR逐步轉向混合固態LiDAR，但全固態LiDAR的產品暫時還沒看到。

2016年1月的CES消費電子展會上，Velodyne展示了“混合固態超級冰球”（Solid-State Hybrid Ultra Puck Auto），由此引入了混合固態激光雷達（LiDAR）的概念。所以之前的幾款主流LiDAR產品應該都算是機械式激光雷達的產品。主要是HDL-64E、HDL-32E和VLP-16三款產品。

其性能指標見下圖

前面已經展示了HDL-64E激光雷達內部照片，下圖是HDL-32E激光雷達內部照片

下圖是VLP-16 激光雷達內部照片

從其內部結構照片，可以看出這三款產品除了HDL-64E的差異較大外，HDL-32E和VLP-16基本一樣，只不過VLP-16是在HDL-32E的基礎上減少了16線，并對結構進行了優化。但實際上HDL-64E和HDL-32E、VLP-16采用的都是同一種技術。

2. Quanergy

Quanergy公司的產品系列主要包括三款LiDAR：M8、S3和S3-Qi，以及利用LiDAR開發的新一代安防解決方案Q-Guard。M8是Quanergy推出的第一代LiDAR，采用8個2D線性激光掃描器，屬于機械式LiDAR。隨后，相繼發布的產品都開始走固態LiDAR路線。S3號稱是全球首款全固態LiDAR，采用了光學相控陣技術，不含任何旋轉活動部件，實現了LiDAR的小型化，并提高了可靠性，規模量產后有望將傳感器的價格降低至250美元以下；S3-Qi則是一款微型固態LiDAR，標準封裝尺寸僅為1 x 1.5英寸，重量約100克，具有較低的功耗，S3-Qi可廣泛應用于無人機、智能機器人、安防、智能家居及工業自動化應用。

3. ibeo

從最早Ibeo Motiv的360度整體旋轉，到跟車廠結合，固定光源和接收器，只是有一個轉鏡的LUX和ScaLa。2010年德國激光雷達供應商Ibeo與法國汽車零部件供應商法雷奧合作開發并量產的ScaLa，作為一款高精度機械式LiDAR，其最大檢測距離為150米。2016年采埃孚（ZF）收購了Ibeo公司的40%股份，幫助Ibeo公司研發固態LiDAR和更高效的數據標定。