有几种方法可以实现扫描式LiDAR。第一种方法，以Velodyne（San Jose，CA）公司为例，安装在车顶的激光雷达平台以每分钟300~900转的速度旋转，同时从64颗905 nm激光二极管发出脉冲。每个光束都有一颗专用雪崩光电二极管（APD）检测器。类似的方法是使用旋转多面镜，在不同方位和下倾角度，以略微不同的倾斜角度来控制单束脉冲。在恶劣且复杂的驾驶环境中，这两个设计中的运动部件都暗藏着失败的风险。

第二种方法，使扫描式LiDAR变得更紧凑的方法是使用MEMS微镜，在2D方向上以电控制光束。虽然技术上仍存在一些运动部件（微镜也有振动），但振动幅度很小，且频率足够高，还可防止MEMS微镜与汽车之间的机械共振。然而，MEMS微镜的几何尺寸限制了其振荡幅度，因此采用MEMS微镜的LiDAR视野有限，这是MEMS方法的缺点。尽管如此，由于此种方法成本低、技术成熟，还是赚足了眼球。

光学相控阵（OPA）技术，为第三种竞争扫描式LiDAR技术的方法，因其可靠的“无运动部件”设计而深受欢迎。它由光天线元件阵列组成，这些元件同样被相干光照亮。通过独立控制每个元件重新发射光的相位和振幅来实现光波转向，远场干扰产生一种理想的照明模式，从单光束到多光束。不幸的是，各种各样小元件的光损耗限制了其可用范围。

Flash面阵式LiDAR对场景进行光覆盖，尽管照明区域与探测器视野相匹配。在探测光学焦平面上的APD阵列即为探测器。每个APD均独立地测量ToF以实现该APD对目标特性成像。这是一种真正的“无运动部件”方法，其中切向分辨率被2D探测器的像素大小所限制。

然而，Flash面阵式LiDAR的主要缺点是光子预算：一旦距离超过几十米，返回光子的数量就太少，根本无法进行可靠的探测。如果不是对场景进行光覆盖，以牺牲切向分辨率为代价，用网格点状结构光来照明，这就可得到改善。垂直腔面发射激光器（VCSELs）使其可在不同方向同时发射成千上万的光束。

如何不受ToF限制

由于探测电子返回脉冲和带宽较宽的弱点，ToF LiDAR易受噪声影响，而阈值触发可引起测量误差Δt。基于这些原因，调频连续波（FMCW）LiDAR是一种有趣的选择。

在FMCW LiDAR（或chirped 雷达）中，天线连续发射的无线电波频率是调制的，例如其频率随着时间T从f0到 fmax线性增加，然后再随着时间T从 fmax到f0线性减少。如果反射波从某处的移动物体回到发射点，其瞬时频率将与发射瞬间的频率不同。差异来自有两个方面：一是与物体间的距离，二是其相对径向速度。因此可通过电子测量频率差异，并计算物体的距离和速度（见图3）来确定。

图3 在chirped 雷达中，通过电子测量 fB1 和fB2 ，可以确定反射物体的距离和它的径向速度

受到chirped 雷达的启发，FMCW LiDAR可用不同的方式接近被测物体。在最简单的设计中，可以对照亮目标的光束强度进行“啁啾chirp”（宽带线性调频）调制。该频率与FMCW雷达的载波频率遵守相同的规律（如多普勒效应）。反射回来的光被光电探测器检测到，然后恢复其调制频率。输出被放大，并与本机振荡器混合，以允许测量频率的变化，同时由此计算出目标的距离和速度。

但是FMCW LiDAR也有其局限性。与ToF LiDAR相比，它需要更强大的计算能力。因此，FMCW LiDAR在生成完整3D环境视图时，速度要慢一些。此外，测量的精度对啁啾斜线的线性度非常敏感。

尽管设计一套功能完善的LiDAR系统是非常有挑战性的，但这些挑战均是可克服的。随着研究的深入，我们正越来越接近“大部分汽车完成装配后就可以实现完全自动驾驶”的时代。