色哟哟视频在线观看-色哟哟视频在线-色哟哟欧美15最新在线-色哟哟免费在线观看-国产l精品国产亚洲区在线观看-国产l精品国产亚洲区久久

0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評(píng)論與回復(fù)
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學(xué)習(xí)在線課程
  • 觀看技術(shù)視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會(huì)員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認(rèn)識(shí)你,還能領(lǐng)取20積分哦,立即完善>

3天內(nèi)不再提示

五大激光雷達(dá)技術(shù)路線分析:齊聚美股 車載激光雷達(dá)將走向何方?

工程師鄧生 ? 來源:汽車之心 ? 作者:周彥武 ? 2020-12-27 10:40 ? 次閱讀

2020 年對(duì)激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)來說,是劃時(shí)代的一年。

Velodyne(VLDR.US)、Luminar(LAZR.US) 兩家先后登陸美股,Innoviz、Aeva 和 Ouster 三家正在路上。

06db-kftfpiw6355727.png

這五大激光雷達(dá)公司,目前最高的 Luminar 市值超百億美元,最低 Innoviz 估值也達(dá)到 14 億美元。

這些公司在資本市場受到熱捧背后,是各大車企紛紛選在量產(chǎn)車上搭載激光雷達(dá)。

本田(HMC.US)和豐田(TM.US)已確定在其L3級(jí)自動(dòng)駕駛車型上使用激光雷達(dá);奔馳、沃爾沃、寶馬、蔚來(45.77, -1.24, -2.64%)(NIO.US)和小鵬(XPEV.US)等廠家也準(zhǔn)備在2021年的量產(chǎn)車上選用激光雷。

可以說,激光雷達(dá)的黃金時(shí)代正在到來。

本文將對(duì)五大激光雷達(dá)的技術(shù)路線進(jìn)行分析,帶大家一起看看炙手可熱的 LiDAR 炸子雞們走向何方。

本文內(nèi)容將包括:

Velodyne 核心技術(shù)解析:MLA

Luminar:最高功率帶來最高性能

Innoviz:MEMS 帶來最低成本

Aeva:堅(jiān)持 FMCW

Ouster:近似于 Flash 的技術(shù)路線

激光雷達(dá)基本構(gòu)成

值得注意的是,Velodyne、Luminar、Innoviz、Aeva 和 Ouster ,這 5 家公司在針對(duì)前裝車載市場的主力產(chǎn)品上,都放棄了傳統(tǒng)的軸承電機(jī)機(jī)械旋轉(zhuǎn)方案。

這與國內(nèi)目前華為、速騰、禾賽、鐳神、一徑等幾家的主力產(chǎn)品有所不同。

在分析各個(gè)企業(yè)前,我們先對(duì)激光雷達(dá)性能評(píng)價(jià)的術(shù)語進(jìn)行簡單介紹。

激光雷達(dá)按照測距原理分為脈沖 ToF 型和連續(xù)波型。

我們常見的產(chǎn)品多為脈沖 ToF 型,在硬件上由四部分構(gòu)成,分別是:激光發(fā)射、掃描器、反射光接收、數(shù)據(jù)處理。

連續(xù)波型的激光雷達(dá)又分相位調(diào)變和頻率調(diào)變兩種,其中頻率調(diào)變即 FMCW 比較常見。

再具體到激光發(fā)射部分,我們通常分三大類:

EEL 型激光二極管,通常有 905 納米和 1550 納米兩種,材料則包括硅、GaAs (砷化鎵)、InP(磷化銦)三種。

VCSEL,垂直腔面發(fā)射型,通常以陣列形式出現(xiàn)。

光纖激光管。

接收部分通常分為四大類:

PIN 二極管,沒有任何增益。

APD,雪崩二極管,有一定程度增益。

SPAD,即單光子陣列,超高增益。

MPPC 或 SiPM,近似于 SPAD。

激光雷達(dá)作為一種傳感器,其最核心的指標(biāo)是信噪比。不過這也是激光雷達(dá)企業(yè)從不公開的指標(biāo)。

五大激光雷達(dá)公司技術(shù)分析

(1) Velodyne的核心技術(shù):MLA

Velodyne 是車載激光雷達(dá)領(lǐng)域的鼻祖。

Velodyne 從 2015 年開始研發(fā)固態(tài)激光雷達(dá),2017 年發(fā)布 Velarray,2020 初基本完成設(shè)計(jì)。

同年被現(xiàn)代汽車 Design-in,據(jù)說目前廣汽也在測試 Velarray。

Velodyne 在激光雷達(dá)領(lǐng)域耕耘時(shí)間最長,也累積了很多機(jī)械激光雷達(dá)的研發(fā)成果。

此前,Velodyne 稱 Velarray 上的核心技術(shù)并不是 MEMS。

在 Velarray 上,Velodyne 史昂將機(jī)械激光雷達(dá)縮微,縮微后就可以采取共振掃描的方式,仍然采用多個(gè)激光發(fā)射器,因此確實(shí)不是 MEMS。

傳統(tǒng)機(jī)械激光雷達(dá)有三種掃描方式:

第一種為棱鏡,缺點(diǎn)是會(huì)引入不必要的尺寸增加,存在軸承或襯套的磨損,隨時(shí)間推移影響壽命;優(yōu)點(diǎn)是線數(shù)可以做到很高。典型代表是華為。

第二種為旋轉(zhuǎn)鏡,缺點(diǎn)是無法充分利用時(shí)域,有一定的體積浪費(fèi),線數(shù)低,難以做到高性能;優(yōu)點(diǎn)是,壽命長,可靠度高。典型代表是法雷奧 Scala。

第三種為 MEMS 振鏡,缺點(diǎn)是 FOV 受限制、可靠度存疑、信噪比低、有效距離短。優(yōu)點(diǎn)是成本低。

Velodyne 開發(fā)了Resonant Mirror(共振鏡)技術(shù)。

這項(xiàng)技術(shù)與 MEMS 振鏡一字之差,實(shí)際差異不小。

共振掃描沒有上述三種掃瞄鏡的缺點(diǎn),但需要將激光雷達(dá)縮微,且需要配合凹面鏡成圓弧狀,再有就是成本會(huì)增加不少。

fde7-kftfpiw6296941.png

Velodyne 申請(qǐng)了 Resonant Mirror(共振鏡)的專利。專利如上圖,其中的 163 和 164 是核心。

在光通訊領(lǐng)域,光學(xué)共振是基本元素,光學(xué)共振腔是激光放大器組成的三元素之一,可以依照反射面的存在與否分為開腔與閉腔兩種。

共振腔的作用主要是用來讓增益介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了布居數(shù)反轉(zhuǎn)后,可以做為光放大器(Gain amplifier),透過共振腔可收集放大后之訊號(hào),形成一震蕩器(oscillator)。

激光共振腔的種類主要分為三大類:

第一種為平行平面腔。

由兩個(gè)平行平面反射鏡組成,光學(xué)上稱為法布里-博羅光共振腔(Fabry–Perot resonator),簡稱為 F-P 腔,多用于固態(tài)激光系統(tǒng)。

第二種為雙凹腔。

由兩個(gè)凹面反射鏡組成,其中一種個(gè)特殊而常用的形式是共焦腔(confocal),由兩個(gè)曲率半徑相同的凹面反射鏡組成,且兩鏡間距離等于曲率半徑,兩鏡面與焦點(diǎn)重合,共焦腔衍射損耗小,調(diào)整容易。

第三種為平凹腔。

由一個(gè)平面反射鏡和一個(gè)凹面反射鏡組成,其中一種特殊而常用的形式是半共焦腔,相當(dāng)于共焦腔的一半。

從 Velodyne 的專利看,MLA 陣列有輕微的弧度,應(yīng)該是配合凹面反射鏡的。

Velodyne 新上任的 CTO Mathew Rekow 源自光通訊領(lǐng)域,對(duì)共振腔非常熟悉。

Velarray 的主要研發(fā)工作就是由 Mathew Rekow 負(fù)責(zé)。

他的一項(xiàng)工作就是將激光雷達(dá)縮微并模塊化,以此提高 Velarray 的量產(chǎn)效率,降低成本。

而這項(xiàng)工作的難點(diǎn),在于縮微模塊的同時(shí)還要保證高性能,特別是激光二極管發(fā)射需要比較大的電流,傳統(tǒng)功率器件達(dá)不到要求。

為了解決這個(gè)問題,Velodyne 在 2016 年與 EPC 公司開始合作。

EPC 擅長 GaN 功率器件技術(shù),GaN 是一種寬帶隙半導(dǎo)體材料,用這種材料制造的場效應(yīng)晶體管比傳統(tǒng)晶體管開關(guān)速度提高 10 倍以上。

Velarray 就使用了 GaN 場效應(yīng)管,也就是 Velodyne 所說的定制 ASIC

它體積極小,僅有 2 到 4 平方毫米。在體積縮小的同時(shí),其性能也有所提升。

激光雷達(dá)里有個(gè)簡單的公式,激光雷達(dá)的 Z 軸分辨率取決于脈沖寬度。

使用了 GaN 場效應(yīng)管 ASIC 的 Velarray 脈沖寬度可達(dá) 5 納秒,這是除 SPAD 外最高的性能 ASIC 芯片

大部分固態(tài)激光雷達(dá)一般是 50-150 納秒,SPAD 可以輕易做到1納秒甚至幾十皮秒。

目前 Velarray 主要產(chǎn)品是 8 通道模塊,高性能產(chǎn)品可以用 4 到 16 個(gè)模塊,低性能只需要 1 個(gè)模塊。

(2) Luminar:最高功率帶來最高性能

要提高激光雷達(dá)性能最簡單有效的辦法,就是提高激光發(fā)射功率。

提升功率的同時(shí),要考慮產(chǎn)品的人眼安全。提升功率的同時(shí),要考慮產(chǎn)品的人眼安全。

905 納米的硅光電探測器,1550 納米的 InGaAs 要安全 10 萬倍,可以放心地加大激光器的功率。

Luminar 就是以使用 1550 納米的 InGaAs 為特色。

其使用的激光器功率是傳統(tǒng)硅光電系統(tǒng)的 40 倍,不僅信噪比高,減小脈沖寬度至 20 納秒以下,脈沖重復(fù)頻率低于 100MHz,占空比低于 1%;同時(shí)這也提升了有效距離。

在雨雪霧天,物體的反射率會(huì)降低,這導(dǎo)致激光雷達(dá)的有效探測距離縮短,不過加大功率,就可以解決這個(gè)問題。 Luminar 就是這么做的。

Luminar 強(qiáng)調(diào):即使 10% 反射率的物體,其產(chǎn)品的有效探測距離也可以做到 200 米。

Luminar 還申請(qǐng)了關(guān)于激光功率放大的專利。

其專利是用二級(jí)大模場摻鉺光纖(EDFA)放大器將一個(gè)種子源激光調(diào)制為一個(gè)脈沖寬度至 20 納秒以下,脈沖重復(fù)頻率低于 100MHz,占空比低于 1% 的脈沖激光系統(tǒng)。

Luminar 的專利核心一個(gè)種子源激光,另一個(gè)是摻餌光纖放大器。

4de3-kftfpiw6360671.png

上圖為 Luminar 的種子源激光器內(nèi)部構(gòu)成

169f-kftfpiw6361724.png

上圖為 Luminar 的放大器內(nèi)部構(gòu)成上圖為 Luminar 的放大器內(nèi)部構(gòu)成在掃描器方面,Luminar 沒有太多創(chuàng)新,還是沿用了傳統(tǒng)的 MEMS 雙軸振鏡掃描。

一般來說,傳統(tǒng) MEMS 激光雷達(dá)信噪比都低,但 Luminar 的功率密度驚人,完全消除了這個(gè)缺點(diǎn)。

由于引入了光纖激光器,Luminar 激光雷達(dá)的體積略大。

另外,1550 納米 InGaAs 激光器的使用也讓其產(chǎn)品成本居高不下。

雖然 Luminar 一再強(qiáng)調(diào)自己有能力降低成本,但光纖激光器已經(jīng)用了超過 20 年,早已沒有性能挖掘潛力了。

因而行業(yè)對(duì) Luminar 的成本控制能力,一直存疑。

(3) Innoviz:MEMS 路線帶來最低成本

MEMS 是目前最快落地的方案。

和機(jī)械激光雷達(dá)相比,其優(yōu)勢(shì)有三:

首先,MEMS 微振鏡幫助激光雷達(dá)擺脫了笨重的馬達(dá)、多棱鏡等機(jī)械運(yùn)動(dòng)裝置,毫米級(jí)尺寸的微振鏡大大減少了激光雷達(dá)的尺寸,提高了可靠性。

英飛凌收購的 Innoluce MEMS 激光雷達(dá)示意圖英飛凌收購的 Innoluce MEMS 激光雷達(dá)示意圖其次是成本,MEMS 微振鏡的引入可以減少激光器和探測器數(shù)量,極大地降低成本。

傳統(tǒng)的機(jī)械式激光雷達(dá)要實(shí)現(xiàn)多少線束,就需要對(duì)應(yīng)的發(fā)射模塊與接收模塊數(shù)量。

而采用二維 MEMS 微振鏡,僅需要一束激光光源,通過一面 MEMS 微振鏡來反射激光器的光束。

兩者采用微秒級(jí)的頻率協(xié)同工作,通過探測器接收后達(dá)到對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行 3D 掃描的目的。

與多組發(fā)射/接收芯片組的機(jī)械式激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)相比,MEMS 激光雷達(dá)對(duì)激光器和探測器的數(shù)量需求明顯減少。

從成本角度分析,N 線機(jī)械式激光雷達(dá)需要 N 組 IC 芯片組:跨阻放大器(TIA)、低噪聲放大器(LNA)、比較器(Comparator)、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC)等。

如果采用進(jìn)口的激光器(典型的如 Excelitas 的 LD)和探測器(典型的如濱松的 PD),1K 數(shù)量下每線激光雷達(dá)的成本大約 200 美元,國產(chǎn)如常用的長春光機(jī)所激光器價(jià)格能低一些。

MEMS 理論上可以做到其 1/16 的成本。

最后是分辨率,MEMS 振鏡可以精確控制偏轉(zhuǎn)角度,而不像機(jī)械激光雷達(dá)那樣只能調(diào)整馬達(dá)轉(zhuǎn)速。

例如:Velarray 每秒單次回波點(diǎn)達(dá) 200 萬個(gè)。

而 Velodyne 的 128 線激光雷達(dá)也不過 240 萬個(gè),Velarray 幾乎相當(dāng)于 106 線機(jī)械激光雷達(dá)。

MEMS 的缺點(diǎn)是什么呢?

缺點(diǎn)就是信噪比低,和有效距離短,及 FOV 太窄。

因?yàn)?MEMS 只用一組發(fā)射激光和接收裝置,那么信號(hào)光功率必定遠(yuǎn)低于機(jī)械激光雷達(dá)。

同時(shí) MEMS 激光雷達(dá)接收端的收光孔徑非常小,遠(yuǎn)小于機(jī)械激光雷達(dá),而光接收峰值功率與接收器孔徑面積成正比,這導(dǎo)致功率進(jìn)一步下降。

以上意味著信噪比降低,同時(shí)有效探測距離縮短。

掃描系統(tǒng)分辨率由鏡面尺寸與最大偏轉(zhuǎn)角度的乘積共同決定。

鏡面尺寸越大,偏轉(zhuǎn)角度就越小。

而鏡面尺寸越大,分辨率就越高。

最后MEMS振鏡的成本和尺寸也成正比。

目前MEMS振鏡最大尺寸是 Mirrorcle,可達(dá) 7.5mm,售價(jià)高達(dá) 1199 美元。

速騰投資希景科技開發(fā)的 MEMS 微振鏡鏡面直徑為 5mm,已經(jīng)進(jìn)入量產(chǎn)階段。

禾賽科技 PandarGT 3.0 中用到的 MEMS 微振鏡,則是由團(tuán)隊(duì)自研。

關(guān)于 MEMS 缺點(diǎn)的解決辦法,主要有兩種:

一是使用 1550 納米發(fā)射波長的激光器,用光纖領(lǐng)域的摻鉺放大器進(jìn)一步提升功率。

1550 納米波段的激光,其人眼安全閾值遠(yuǎn)高于 905 納米激光。因此在安全范圍內(nèi)可以大幅度提高 1550 納米光纖激光器的功率。典型例子就是 Luminar。

缺點(diǎn)是 1550 納米激光器價(jià)格極其昂貴。

且這是激光器產(chǎn)業(yè)的范疇,激光雷達(dá)廠家在這方面技術(shù)積累遠(yuǎn)不及激光器產(chǎn)業(yè)廠家,想壓低成本幾乎不可能。

二 是使用 SPAD 或 SiPM 接收陣列,而不是傳統(tǒng) APD 陣列,SPAD 陣列效率比 APD 高大約 10 萬倍。

但 SPAD 陣列目前還不算特別成熟,價(jià)格也略高。

(4)Aeva:堅(jiān)持 FMCW

激光雷達(dá)、傳統(tǒng)攝像頭和毫米波雷達(dá)有共通之處,傳統(tǒng) ToF 激光雷達(dá)可以看作一種 3D 攝像頭,只不過分辨率一般很低。

傳統(tǒng)攝像頭是 2D 成像,激光雷達(dá)是 3D。

激光也可以看做一種電磁波,與毫米波雷達(dá)也非常接近。

FMCW激光雷達(dá)原理圖FMCW激光雷達(dá)原理圖早期汽車上也是采用電磁波直接發(fā)射反射的方式來測定距離,后來發(fā)現(xiàn)這種方式信噪比低,消耗功率高,如同現(xiàn)在的 ToF 激光雷達(dá)。

后來發(fā)現(xiàn)連續(xù)波頻率調(diào)制相干檢測(FMCW),信噪比高且消耗功率低,但信號(hào)處理運(yùn)算量大。

隨著當(dāng)下芯片算力的提高,這個(gè)困難慢慢被克服,今天電磁波雷達(dá)都是FMCW型的。

此外,早期的電磁波雷達(dá)也是電機(jī)帶動(dòng)掃描的,后來才轉(zhuǎn)換為印刷平面天線陣列代替機(jī)械掃描。

人們從車載雷達(dá)的發(fā)展歷程中似乎可以得出結(jié)論,激光雷達(dá)最終也會(huì)是 FMCW 的,也是用陣列代替掃描器的。

ToF 激光雷達(dá)的干擾因素或者說噪音比較多。

一是太陽光線的影響,這個(gè)對(duì) 1550 納米激光比較敏感,905 納米就好得多。

二是物體的表面材料與顏色也會(huì)影響,不同顏色不同材料對(duì)激光的吸收率是不同的,比如白色和黑色反射率差異巨大,反射率與有效距離關(guān)系密切。反射率越低,有效距離越短。

一般測量激光雷達(dá)有效距離都需要加上反射率 90% 這個(gè)測試條件;如果反射率 10%,極端情況下,有效距離可能縮短 50%。

黑色物體反射點(diǎn)云數(shù)量低,遠(yuǎn)距離時(shí)可能無法感測到。

FMCW 激光雷達(dá)采用相位干涉拍頻法測量,這些噪音都不存在了。

對(duì)于 FMCW 激光雷達(dá),信噪比與發(fā)射光子總數(shù)成比例,而非峰值激光功率。

由于 FMCW 激光雷達(dá)具有高出 10 倍以上的靈敏度,因此其發(fā)射平均功率可以比脈沖 ToF 激光雷達(dá)低 100 倍,這意味著低功耗和更高的人眼安全水平。

FMCW 激光雷達(dá)的光子電路將一部分出射相干激光與接收光混合。

這提供了一種獨(dú)特的‘解鎖鑰匙’,可以有效阻止任何環(huán)境輻射或其它激光雷達(dá)的干擾。

FMCW 激光雷達(dá)的光源需要根據(jù)測量目的對(duì)光載波的頻率進(jìn)行不同形式的調(diào)制,目前常用的包括三角波形式、鋸齒波形式和正弦形式。

發(fā)射信號(hào)的頻率圍繞著光載波頻率 fc隨時(shí)間 t 周期性變化,每一周期 T 稱為信號(hào)重復(fù)時(shí)間,頻率的變化范圍(f1-f2)稱為調(diào)制帶寬 B。

使用三角波形狀的調(diào)頻形式可以較為容易地解調(diào)出目標(biāo)反射信號(hào)的多普勒頻率,從而可實(shí)現(xiàn)同時(shí)測距與測速。

鋸齒波形狀的調(diào)頻形式常用于與探測目標(biāo)的相對(duì)速度引入的多普勒頻移量可以忽略的時(shí)候,可以達(dá)到相對(duì)最大的探測距離。

正弦形狀調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生較為方便,但是解調(diào)方式復(fù)雜,且其精度相對(duì)于高調(diào)頻線性度的調(diào)制形式略差。

一般使用三角波,能夠像 FMCW 毫米波雷達(dá)一樣測得目標(biāo)的速度。

今天的 FMCW 毫米波雷達(dá)非常簡單,主要芯片就是收發(fā)器處理器,其帶來的好處是易于集成芯片化。這同時(shí)意味著小體積和成本低。

然而 FMCW 毫米波雷達(dá)的成熟歷經(jīng)了近 10 年的時(shí)間。

今天的 FMCW 激光雷達(dá)技術(shù)可以說成熟度很低,無論是激光調(diào)制、接收和數(shù)據(jù)處理都處于萌芽階段,遠(yuǎn)不能和ToF激光雷達(dá)比。

特別是激光調(diào)制,難度極高,從事相關(guān)研究的企業(yè)屈指可數(shù)。

根據(jù)調(diào)諧器件與激光器的關(guān)系,目前實(shí)現(xiàn)激光光載波頻率調(diào)制的方法可以分為內(nèi)調(diào)制技術(shù)和外調(diào)制技術(shù)兩種。

內(nèi)調(diào)制技術(shù)是指調(diào)制過程與激光振蕩建立同時(shí)進(jìn)行的調(diào)制技術(shù),通過調(diào)制改變激光腔的諧振參數(shù),從而實(shí)現(xiàn)激光器輸出頻率的變化,主要包括調(diào)制諧振腔的光學(xué)長度或改變腔內(nèi)的增益損耗譜位置等方式;

外調(diào)制技術(shù)是指在激光振蕩建立之后,在激光出射的光路上使用調(diào)制器對(duì)光場參數(shù)進(jìn)行調(diào)制的技術(shù)。

無論哪一種,都尚處在摸索階段。

調(diào)諧性好的光源大多不夠穩(wěn)定,穩(wěn)定的光源大多不能寬可調(diào)諧。

從調(diào)制方式的角度而言,內(nèi)調(diào)制方式由于直接改變諧振腔參數(shù),獲得大調(diào)諧范圍相對(duì)容易,但是由于激光建立時(shí)間的存在會(huì)造成輸出調(diào)頻光的瞬時(shí)線寬比較寬,導(dǎo)致光源相干長度的減少。或者為了建立起穩(wěn)定光場就必須限制調(diào)諧速率。

外調(diào)制方式通過電光效應(yīng)等調(diào)諧機(jī)制能夠在保持種子光的優(yōu)異特性的同時(shí)快速改變光場的瞬時(shí)頻率,但是由于電光效應(yīng)本身的工作帶寬有限,限制了光源調(diào)諧范圍的增加,即限制了該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)的最高分辨力。

目前業(yè)內(nèi)傾向于外調(diào)制方式,這種方式缺點(diǎn)是成本高、體積大。

FMCW 的缺點(diǎn)是成本高,其所有元件都需要具備超高精度,因?yàn)檎{(diào)諧頻率是 THz 級(jí)別的,這需要測量儀器級(jí)的元件。

這種元件供應(yīng)商極少,每個(gè)元件都需要高精度檢測,良率低。

即使將來量產(chǎn),成本也居高不下。所有光學(xué)表面都必須在更嚴(yán)格的公差范圍內(nèi),例如λ(波長)/20。

FMCW 對(duì) ADC 轉(zhuǎn)換速率的要求是 ToF 系統(tǒng)的 2 到 4 倍,精度要求更高。

對(duì) FPGA 的要求是能夠接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行超高速FFT轉(zhuǎn)換。

即使使用 ASIC,F(xiàn)MCW 系統(tǒng)所需的處理系統(tǒng)復(fù)雜度(和成本)也是 ToF 系統(tǒng)的十倍。

除了成本,F(xiàn)MCW 雖然沒有了外界因素的干擾,但自身會(huì)帶來新的干擾。

和毫米波雷達(dá)一樣,F(xiàn)MCW 激光雷達(dá)需要考慮旁瓣的干擾,F(xiàn)MCW 系統(tǒng)依靠基于窗函數(shù)的旁瓣抑制來解決自干擾(雜波),該干擾遠(yuǎn)不如沒有旁瓣的 ToF 系統(tǒng)健壯。

為了提供背景信息,一束 10 微秒的 FMCW 脈沖可以在 1.5 公里范圍內(nèi)徑向傳播。

在此范圍內(nèi),任何對(duì)象都將陷入快速傅里葉變換(時(shí)間)旁瓣。即使是更短的 1 微秒 FMCW 脈沖也可能會(huì)被 150 米外的高強(qiáng)度雜波破壞。

第一個(gè)矩形窗口快速傅里葉變換(FFT)的旁瓣是大家所知的 -13dB,遠(yuǎn)高于獲得優(yōu)質(zhì)點(diǎn)云所需要的水平。

此外,F(xiàn)MCW 激光雷達(dá)有輕微延遲的問題,這是相干檢測天生的缺陷,無法改變。

Aeva 的主要合作伙伴是奧迪和 ZF。

采用 FMCW 激光雷達(dá)其他公司還有,通用 2017 年收購的 Strobe,這家公司自被收購后一直沒有任何動(dòng)作。

再有就是 BMW i Venture 投資的 Blackmore,2019 年被 Aurora 收購。

(5)近似于 Flash 的 Ouster

嚴(yán)格意義上的 Flash 激光雷達(dá)指一次閃光(激光脈沖)成像的激光雷達(dá)。

借用相機(jī)行業(yè)的用語,也叫全局快門激光雷達(dá)。

廣義的 Flash 激光雷達(dá)指焦平面陣列成像激光雷達(dá),不一定非要全局快門,也可以局部快門。

全局快門型激光雷達(dá)產(chǎn)品的典型代表是德國大陸汽車 2016 年收購的 ASC 公司。

與掃描成像激光雷達(dá)比,F(xiàn)lash 激光雷達(dá)沒有任何運(yùn)動(dòng)部件,是絕對(duì)的固態(tài)激光雷達(dá),能夠達(dá)到最高等級(jí)的車規(guī)要求。

掃描成像要掃描整個(gè)工作場才能提供圖像(點(diǎn)云),通常幀率是 5-10Hz。

這就意味著有至少 100 毫秒的延遲,在高速場景下,這個(gè)延遲是難以接受的。

如果掃描型激光雷達(dá)要提高幀率,那么就必須降低水平角分辨率,這兩者是相悖的。

道理很簡單,掃描越快,分辨率當(dāng)然會(huì)降低。

但 Flash 不會(huì),理論上它的脈沖只有幾十納秒到1納秒,也就是說幀率可以做到幾十 KHz,甚至 1MHz。

當(dāng)然,考慮數(shù)據(jù)處理能力,現(xiàn)在的 Flash 激光雷達(dá)還是3 0Hz,但它可以說是無延遲的。

德國大陸汽車的 HFL110 Flash 激光雷達(dá),已經(jīng)被豐田 L3 級(jí)無人駕駛量產(chǎn)車確定使用

雖然豐田投資了 Luminar,但依然使用了德國大陸汽車的激光雷達(dá)。

Flash 激光雷達(dá)的缺點(diǎn)很明顯:

功率密度太低,導(dǎo)致其有效距離一般難以超過 50 米,分辨率也比較低,用大功率 VCSEL 和 SPAD 能夠解決部分問題,但成本也迅速增加。

德國大陸汽車在性能和成本間平衡,其成本估計(jì)應(yīng)該不超過 300 美元,量產(chǎn)后還可以再降大約 100 美元。

為了解決信噪比,有效距離近的缺點(diǎn),有公司對(duì) Flash 激光雷達(dá)做了改進(jìn)。

改進(jìn)型的設(shè)計(jì)采用 VCSEL 激光發(fā)射陣列,VCSEL 激光發(fā)射陣列采用半導(dǎo)體工藝芯片工藝制造,每一個(gè)小單元的電流導(dǎo)通都可以控制,讓發(fā)光單元按一定模式導(dǎo)通點(diǎn)亮,可以取得掃描器的效果,還可以精確控制掃描形狀。

比如車速高了,就縮小FOV,提高掃描精度。

車速低了,就增加 FOV,檢測范圍加大。

Ibeo 和 Ouster 都是這種設(shè)計(jì)。

Ibeo 認(rèn)為這是掃描型激光雷達(dá)。

而Ouster 認(rèn)為是 Flash 激光雷達(dá),只不過前面加了個(gè) Multi-Segment。

實(shí)際兩者是同一種激光雷達(dá)。

Ibeo 在激光雷達(dá)領(lǐng)域耕耘超過 20 年,其 Flash 激光雷達(dá)性能非常優(yōu)秀。除了像素?cái)?shù)略低于 Lumianr,其余大部分指標(biāo)都與之相當(dāng)。

但可靠性遠(yuǎn)在 Luminar 之上,車規(guī)也更容易通過。

為什么這些超級(jí)巨頭看好 Flash 路線?

我認(rèn)為,激光雷達(dá)的發(fā)展方向是 Flash,也可以叫深度相機(jī)。

之所以這樣說,是因?yàn)?Flash 激光雷達(dá):1)最容易通過嚴(yán)格車規(guī);2)體積最小;3)安裝位置最靈活;4)全芯片化;5)成本最低(單價(jià)可輕松做到100美元以下);6)性能挖掘潛力最大(深度相機(jī)近似于當(dāng)年剛剛萌芽的CMOS圖像傳感器,最終取代了CCD)。

全球科技界在全局 Flash 領(lǐng)域的研發(fā)投入遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他類型的激光雷達(dá),全部都是超級(jí)巨頭:

博通特斯拉(661.77, 15.79, 2.44%)的合作伙伴, AVGO.US)、索尼(96.84, -0.62, -0.64%)、三星、蘋果(131.97, 1.01, 0.77%)(AAPL.US)、意法半導(dǎo)體(STM.US)、英飛凌、AMS、Lumentum、東芝松下(11.386, -0.00, -0.04%)、佳能(19.59, 0.03, 0.15%)、濱松、安森美(ON.US)、電裝以及豐田都在開發(fā) Flash 車載激光雷達(dá)。

在光電領(lǐng)域:

無論是 SPIE 國際光電工程學(xué)會(huì),OSA 美國光學(xué)學(xué)會(huì),ISSCC 國際固態(tài)電路協(xié)會(huì),歐洲光電子行業(yè)協(xié)會(huì) EPIC 會(huì)議里,幾乎所有的論文都是有關(guān) Flash 激光雷達(dá)關(guān)鍵部件 SPAD 或 VCSEL 的,傳統(tǒng)的激光雷達(dá)論文完全沒有。

深度相機(jī)不僅可以用于車載領(lǐng)域,也可以用于其他固態(tài) 3D 感測領(lǐng)域,還有 AR/VR

與特斯拉(TSLA.US)合作開發(fā)下一代芯片的全球第二大 IC 設(shè)計(jì)公司博通,在 2020 年 11 月 EPIC 在線會(huì)議上推出車載 Flash 激光雷達(dá)用 SPAD 或 SiPM 陣列芯片。

蘋果 iPhone12 Pro 的超廣角鏡頭的上下兩部分構(gòu)成了激光雷達(dá)。

這與。車用的 Flash 激光雷達(dá)沒有區(qū)別,也是 VCSEL+SPAD 的設(shè)計(jì),只是功率小一點(diǎn),體積小一點(diǎn)。

手機(jī)界實(shí)際早已廣泛采用激光雷達(dá),只不過叫 ToF 相機(jī)。

蘋果回歸了它的真名。

蘋果已經(jīng)確定造車,自然也要利用其在激光雷達(dá)領(lǐng)域的研發(fā)成果,這些研發(fā)成果完全可以用在汽車領(lǐng)域。

蘋果iPad 激光雷達(dá)拆解,傳感器也就是 SPAD 由索尼提供。蘋果iPad 激光雷達(dá)拆解,傳感器也就是 SPAD 由索尼提供。

索尼在 2020 年 12 月 ISSCC上 發(fā)表了題為:A 189×600 Back-Illuminated Stacked SPAD Direct Time-of-Flight Depth Sensor for Automotive LiDAR Systems 的論文,也是直指汽車 Flash 激光雷達(dá)。

一般而言,制約 Flash 激光雷達(dá)性能的兩個(gè)元素:一是激光發(fā)射的 VCSEL;二是接收的 SPAD。

VCSEL 體積小,成本低,易控制,但功率比較低。

幾家 VCSEL 大廠都在努力開發(fā)高功率 VCSEL 陣列,進(jìn)展最快的是蘋果主供應(yīng)商 Lumentum,也是全球第一大 VCSEL 廠家,市場占有率大約 45%。

目前試驗(yàn)產(chǎn)品最高可以做到 10 瓦功率,30 到 50 瓦功率就可以與非 Flash 激光雷達(dá)平起平坐了。

車載激光雷達(dá) SPAD 方面,目前差不多只有 1 萬像素,手機(jī)領(lǐng)域 30 萬像素已經(jīng)是主流。

日本在 CCD 領(lǐng)域累積了豐富的經(jīng)驗(yàn),在 SPAD 領(lǐng)域擁有壓倒性優(yōu)勢(shì)。

佳能已經(jīng)開發(fā)出 100 萬像素的 SPAD,可以輕松碾壓目前性能最高的 128 線激光雷達(dá),更不要說 Luminar 的 MEMS 激光雷達(dá)了。

三星在 2020 年底的國際固態(tài)電路研討會(huì)上發(fā)表了題為:

A 4-tap 3.5μm 1.2Mpixel Indirect Time-of-Flight CMOS Image Sensor with Peak Current Mitigation and Multi-User Interference Cancellation 的論文,提出了 120 萬像素的 ToF 傳感器(即SPAD)。

松下則開發(fā)了堆疊型 SPAD。這種 SPAD 可以做到 100 米的有效距離。

東芝也在開發(fā)芯片型SPAD。東芝也在開發(fā)芯片型SPAD。

東芝 2018 年 3 月試做的 SPAD 芯片,分辨率 240x96。

MEMS 激光雷達(dá)只是過渡產(chǎn)品,只是這個(gè)過渡期有多長很難判斷。

我認(rèn)為,快的話可能 3 年,慢的話可能 6 年。屆時(shí),激光雷達(dá)會(huì)和今天傳統(tǒng)的攝像頭一樣,安裝在后視鏡的位置。

責(zé)任編輯:PSY

聲明:本文內(nèi)容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權(quán)轉(zhuǎn)載。文章觀點(diǎn)僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學(xué)習(xí)之用,如有內(nèi)容侵權(quán)或者其他違規(guī)問題,請(qǐng)聯(lián)系本站處理。 舉報(bào)投訴
  • 激光雷達(dá)
    +關(guān)注

    關(guān)注

    968

    文章

    3969

    瀏覽量

    189830
  • 車載激光雷達(dá)
    +關(guān)注

    關(guān)注

    1

    文章

    32

    瀏覽量

    6328
收藏 人收藏

    評(píng)論

    相關(guān)推薦

    激光雷達(dá)會(huì)傷害眼睛嗎?

    隨著激光雷達(dá)日益普及,人們開始擔(dān)憂:這種發(fā)射激光的設(shè)備,對(duì)人眼的安全性如何?了解這個(gè)問題前,我們首先需要知道激光雷達(dá)和它發(fā)射的激光,到底是什么。
    的頭像 發(fā)表于 11-07 10:47 ?219次閱讀
    <b class='flag-5'>激光雷達(dá)</b>會(huì)傷害眼睛嗎?

    激光雷達(dá)的維護(hù)與故障排查技巧

    激光雷達(dá)(LiDAR,Light Detection and Ranging)是一種利用激光進(jìn)行距離測量和目標(biāo)識(shí)別的技術(shù)。它廣泛應(yīng)用于無人駕駛汽車、地理信息系統(tǒng)(GIS)、環(huán)境監(jiān)測、航空航天等領(lǐng)域
    的頭像 發(fā)表于 10-27 11:04 ?951次閱讀

    激光雷達(dá)技術(shù)的基于深度學(xué)習(xí)的進(jìn)步

    信息。這使得激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛、無人機(jī)、機(jī)器人等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。 二、深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展 深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)分支,它通過模擬人腦的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來處理和分析數(shù)據(jù)。近年來,深度學(xué)習(xí)
    的頭像 發(fā)表于 10-27 10:57 ?370次閱讀

    激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

    ,都有著廣泛的應(yīng)用。 激光雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 引言 隨著科技的不斷進(jìn)步,激光雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代遙感技術(shù)中不可或缺的一部分。它通過發(fā)射
    的頭像 發(fā)表于 10-27 10:44 ?799次閱讀

    光學(xué)雷達(dá)激光雷達(dá)的區(qū)別是什么

    光學(xué)雷達(dá)激光雷達(dá)是兩種不同的遙感技術(shù),它們?cè)谠怼?yīng)用、優(yōu)缺點(diǎn)等方面都存在一定的差異。以下是對(duì)光學(xué)雷達(dá)激光雷達(dá)的比較: 定義和原理 光學(xué)
    的頭像 發(fā)表于 08-29 17:20 ?1290次閱讀

    又一廠商展出FMCW激光雷達(dá),從PPT走向樣品

    電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/梁浩斌) 當(dāng)量產(chǎn)落地已經(jīng)成為激光雷達(dá)公司成敗的關(guān)鍵,ToF測距作為更加成熟的方案,自然已經(jīng)成為了主流。不過FMCW被視為未來激光雷達(dá)技術(shù)路線,各大廠商實(shí)際上都在
    的頭像 發(fā)表于 07-12 00:17 ?3460次閱讀

    一文看懂激光雷達(dá)

    項(xiàng)” ? ? ??·激光雷達(dá)成本下探,加速滲透至更多車型 ? ? ? ?·自動(dòng)駕駛水平升級(jí),單車搭載激光雷達(dá)需求增加 上游模塊升級(jí) 固態(tài)補(bǔ)盲開辟激光雷達(dá)新賽道 ·發(fā)射模塊:1550nm光源及 FMCW測距方式為未來發(fā)展方向 ·掃
    的頭像 發(fā)表于 06-27 08:42 ?617次閱讀
    一文看懂<b class='flag-5'>激光雷達(dá)</b>

    硅基片上激光雷達(dá)技術(shù)綜述

    硅基光電子技術(shù)的發(fā)展可以激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射模塊和接收模塊中分立的有源和無源器件集成在芯片上,使激光雷達(dá)體積更小、穩(wěn)定性更強(qiáng)、成本更低,推動(dòng)激光雷達(dá)
    的頭像 發(fā)表于 04-08 10:25 ?799次閱讀
    硅基片上<b class='flag-5'>激光雷達(dá)</b><b class='flag-5'>技術(shù)</b>綜述

    硅基片上激光雷達(dá)的測距原理

    硅基光電子技術(shù)的發(fā)展可以激光雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射模塊和接收模塊中分立的有源和無源器件集成在芯片上,使激光雷達(dá)體積更小、穩(wěn)定性更強(qiáng)、成本更低,推動(dòng)激光雷達(dá)
    發(fā)表于 04-08 10:23 ?579次閱讀
    硅基片上<b class='flag-5'>激光雷達(dá)</b>的測距原理

    激光雷達(dá)的探測技術(shù)介紹 機(jī)載激光雷達(dá)發(fā)展歷程

    機(jī)載激光雷達(dá)是指安裝在飛行器(如飛機(jī)、直升機(jī)、無人機(jī)等)上的激光雷達(dá)系統(tǒng),用于從空中對(duì)地面或其他目標(biāo)進(jìn)行測量、成像和監(jiān)測。
    的頭像 發(fā)表于 03-21 16:49 ?2929次閱讀
    <b class='flag-5'>激光雷達(dá)</b>的探測<b class='flag-5'>技術(shù)</b>介紹 機(jī)載<b class='flag-5'>激光雷達(dá)</b>發(fā)展歷程

    激光雷達(dá)安全嗎?技術(shù)原理解讀激光雷達(dá)安全性

    基于上文的原理分析激光雷達(dá)采用的是掃描方式,要讓多臺(tái)激光雷達(dá)在同一時(shí)間匯聚到7mm孔徑的瞳孔上的概率微乎其微,經(jīng)過測算,這個(gè)概率是億分之一的量級(jí)。
    發(fā)表于 03-11 10:21 ?1198次閱讀
    <b class='flag-5'>激光雷達(dá)</b>安全嗎?<b class='flag-5'>技術(shù)</b>原理解讀<b class='flag-5'>激光雷達(dá)</b>安全性

    汽車激光雷達(dá):競爭格局和技術(shù)演進(jìn)

    激光雷達(dá)技術(shù)是推動(dòng)智能駕駛的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)力之一,2023年汽車激光雷達(dá)領(lǐng)域的競爭態(tài)勢(shì)、技術(shù)演進(jìn)以及市場變化挺快的。激光雷達(dá)
    的頭像 發(fā)表于 01-23 16:13 ?659次閱讀
    汽車<b class='flag-5'>激光雷達(dá)</b>:競爭格局和<b class='flag-5'>技術(shù)</b>演進(jìn)

    512線激光雷達(dá)還不是盡頭,1024線激光雷達(dá)早在兩年前已經(jīng)推出?

    電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道(文/梁浩斌)從4線的法雷奧Scala 1到華為192線,車載激光雷達(dá)隨著ADAS的需求在不斷提高線數(shù)。在剛剛收官的CES 2024上,作為目前量產(chǎn)車載激光雷達(dá)的升級(jí)換
    的頭像 發(fā)表于 01-22 06:58 ?9607次閱讀
    512線<b class='flag-5'>激光雷達(dá)</b>還不是盡頭,1024線<b class='flag-5'>激光雷達(dá)</b>早在兩年前已經(jīng)推出?

    華為激光雷達(dá)參數(shù)怎么設(shè)置

    華為激光雷達(dá)是一種常用的傳感器技術(shù),可用于距離測量和感應(yīng)。它的參數(shù)設(shè)置對(duì)于確保其性能和功能至關(guān)重要。在本文中,我們詳細(xì)介紹華為激光雷達(dá)的參數(shù)設(shè)置以及其影響和應(yīng)用。 首先,我們需要了解
    的頭像 發(fā)表于 01-19 14:17 ?1776次閱讀

    激光雷達(dá)上下游廠商梳理分析

    中國自動(dòng)駕駛滲透率提升,車載激光雷達(dá)前景廣闊。根據(jù)沙利文預(yù)測,2025年全球激光雷達(dá)市場規(guī)模有望達(dá)到 135.4億美元,中國激光雷達(dá)市場規(guī)模預(yù)計(jì)達(dá) 43.1億美元,占比 31.8%。
    發(fā)表于 01-05 11:07 ?1438次閱讀
    <b class='flag-5'>激光雷達(dá)</b>上下游廠商梳理<b class='flag-5'>分析</b>
    主站蜘蛛池模板: 久 久 亚洲 少 妇 无 码| 亚洲中文字幕欧美自拍一区 | 亚洲精品国产精品精| 国产成人无码WWW免费视频在线| 色噜噜噜视频| 大陆老熟女60岁| 受被攻做到腿发颤高h文| 国产精品久久久久久免费播放| 丝袜美女被艹| 国产免费福利在线视频| 亚洲精品久久久午夜麻豆| 狠狠婷婷综合久久久久久| 亚洲一区免费看| 久久中文字幕人妻AV熟女| 综合亚洲桃色第一影院| 免费韩国伦理2017最新| BL文高H强交| 色99久久久久高潮综合影院| 国产精品成人免费视频99| 亚洲精品乱码久久久久久直播| 精品无码久久久久久动漫| 中文在线日韩亚洲制服| 男人就爱吃这套下载| 超碰人热人人热人人看| 无码乱人伦一区二区亚洲一| 国产亚洲精品成人a在线| 一级毛片两人添下面| 蜜臀AV999无码精品国产| Zoofilivideo人馿交| 十分钟免费视频大全在线观看| 国产免费怕怕免费视频观看| 夜夜澡人人爽人人喊_欧美| 久久婷婷五月免费综合色啪| 99久久精品国产自免费| 少妇高潮惨叫久久久久久欧美 | 精品久久久久久综合网| 中文字幕亚洲综合小综合在线| 欧美 亚洲 中文字幕 高清| 公交车被CAO到合不拢腿| 亚洲国产精品久久又爽黄A片| 久久免费精品视频|