隨著汽車智能化的發(fā)展，越來(lái)越多的車輛搭載了自動(dòng)駕駛技術(shù)。2020年2月，國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)等11部委聯(lián)合印發(fā)了《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》，提出了2025年實(shí)現(xiàn)有條件智能駕駛汽車的規(guī)模化生產(chǎn)（L3級(jí)別），2035年全面將建成中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)的智能汽車體系的愿景。據(jù)前瞻技術(shù)研究院的數(shù)據(jù)顯示，2019 年國(guó)內(nèi)自動(dòng)駕駛市場(chǎng)規(guī)模為 1125 億元，預(yù)計(jì)至 2023 年可達(dá) 2381 億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到 20%。

事實(shí)上，自動(dòng)駕駛、或者說(shuō)ADAS(高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng))的本質(zhì)是汽車與環(huán)境的對(duì)話，這意味著要將來(lái)自不同類型傳感器的輸入組合在一起，從而為各種自動(dòng)駕駛解決方案提供大量數(shù)據(jù)。目前有大量景深測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這些應(yīng)用：超聲波器件最為經(jīng)濟(jì)高效，但其范圍、分辨率和可靠性都很有限；雷達(dá)的檢測(cè)范圍和可靠性得到大幅提升，但它的角分辨率存在限制；立體視覺(jué)的計(jì)算成本非常高，而且如果不能妥善校準(zhǔn)，則精度非常有限；激光雷達(dá)（LiDAR）系統(tǒng)一般體積大，成本高，卻能憑借出色的角分辨率和較低的算法處理在長(zhǎng)探測(cè)距離下實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)測(cè)距，涉及到高精地圖、實(shí)時(shí)定位以及障礙物檢測(cè)等多項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用方面都離不開(kāi)LiDAR。目前，包括ADI在內(nèi)的許多公司都致力于開(kāi)發(fā)更加精準(zhǔn)、功耗低、尺寸小，且更加經(jīng)濟(jì)高效的LiDAR傳感器。

全自動(dòng)駕駛需要采用傳感器融合策略

安全、高性價(jià)比LiDAR系統(tǒng)的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

設(shè)計(jì)LiDAR系統(tǒng)時(shí)會(huì)面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)，主要挑戰(zhàn)之一就是近紅外波長(zhǎng)要保持在人眼安全限值之下。目前存在多種不同的LIDAR系統(tǒng)技術(shù)，設(shè)計(jì)復(fù)雜程度各不相同，各有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，但所有設(shè)計(jì)需要關(guān)注的基礎(chǔ)方面都相同。

LiDAR系統(tǒng)設(shè)計(jì)要確定系統(tǒng)對(duì)小目標(biāo)的探測(cè)能力，在多少遠(yuǎn)處能探測(cè)到多低反射率的多小尺寸的目標(biāo)。同時(shí)這也就定義了系統(tǒng)需要的角分辨率。由此可以計(jì)算得出可達(dá)到的最小信噪比(SNR)，該最小信噪比就決定了系統(tǒng)探測(cè)的檢測(cè)概率與誤檢概率。

了解感知環(huán)境和必要的信息量，作出適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)權(quán)衡，從而開(kāi)發(fā)出成本和性能最佳的解決方案。一般來(lái)說(shuō)，高速應(yīng)用需要采用檢測(cè)距離更長(zhǎng)的LiDAR系統(tǒng)。

分辨率是LiDAR系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的另一個(gè)重要系統(tǒng)特性。精細(xì)的角度分辨率使LiDAR系統(tǒng)能夠從某一個(gè)被測(cè)目標(biāo)接收到多個(gè)像素的回波信號(hào)。

1°水平分辨率的32線掃描LIDAR系統(tǒng)

為能安全的自動(dòng)行駛，不僅方位角需要高分辨率，有時(shí)候還需要俯仰角高分辨率。

一旦確定下來(lái)自動(dòng)駕駛設(shè)備的速度與行駛場(chǎng)景，需要探測(cè)目標(biāo)的性質(zhì)以及要達(dá)到的性能，就可以構(gòu)建符合其應(yīng)用的LiDAR系統(tǒng)構(gòu)架。ADI豐富的高性能信號(hào)鏈和電源管理組件產(chǎn)品系列會(huì)提供所需的構(gòu)建塊，幫助設(shè)計(jì)存在不同限制（例如尺寸和成本）的系統(tǒng)。

使用分立元件的LiDAR系統(tǒng)

高度可配置評(píng)估系統(tǒng)輔助實(shí)施LiDAR設(shè)計(jì)

ADI曾于2019年6月宣布與First Sensor合作開(kāi)發(fā)LiDAR產(chǎn)品，以加快實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛未來(lái)。First Sensor擁有超過(guò)25年的LiDAR 光電二極管（APD）制造經(jīng)驗(yàn)，APD是將光轉(zhuǎn)換為光電流的高度敏感的探測(cè)器陣列，優(yōu)化其與ADI自身的跨阻放大器(TIA)之間的互聯(lián)對(duì)本底噪聲和所能實(shí)現(xiàn)的帶寬有非常關(guān)鍵的影響。對(duì)這兩個(gè)參數(shù)的改善將直接轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)IDAR系統(tǒng)的更高性能，使該系統(tǒng)可在更遠(yuǎn)的距離以更高的精度檢測(cè)到對(duì)象。

在年初舉辦的CES2020上，ADI公司就展示了基于上述合作開(kāi)發(fā)的16通道、完整純閃光式LiDAR評(píng)估系統(tǒng)。該評(píng)估系統(tǒng)以ADI的ADAL6110-16為核心，這是一款低功率、16通道的集成式LiDAR信號(hào)處理器(LSP)。該器件為相關(guān)的照明區(qū)域提供時(shí)序控制和對(duì)接收的波形采樣的時(shí)序，且能對(duì)獲取的波形實(shí)施數(shù)字化。ADAL6110-16集成了高靈敏度的模擬元件，可以幫助降低本底噪聲，使系統(tǒng)能夠捕獲能量很低的回波信號(hào)。相對(duì)于采用類似信號(hào)鏈的分立式元件方案，使用集成信號(hào)鏈可以減小LIDAR系統(tǒng)設(shè)計(jì)的尺寸大小、重量和功耗。

使用集成式16通道ADAL6110-16的EVAL-ADAL6110-16 LiDAR評(píng)估模塊

這款LiDAR信號(hào)處理器從所有16通道捕捉數(shù)據(jù)并數(shù)字化創(chuàng)建出要在黑膠處理器上處理的波形。該系統(tǒng)完全獨(dú)立，通過(guò)USB線纜供電，需要的功率不超過(guò)2.5W。

滿足個(gè)性化設(shè)計(jì)需求的緊湊型固態(tài)LiDAR系統(tǒng)

LiDAR正在發(fā)展為經(jīng)濟(jì)高效的緊湊型固態(tài)設(shè)計(jì)，可以放置在車輛周邊的多個(gè)位置，以支持完整的360?覆蓋范圍，是當(dāng)今機(jī)器人出租車(robo-taxi)測(cè)試車輛采用的主要感知傳感器之一。此外，LiDAR系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)在高端豪華零售汽車中，如奧迪A8，該車型的半自動(dòng)駕駛功能在60 km/h時(shí)速以下可激活短程傳感系統(tǒng)。

作為ADI公司自動(dòng)駕駛車輛感知檢測(cè)戰(zhàn)略的關(guān)鍵支柱，LiDAR利用光脈沖，可以切實(shí)可信地將物理世界實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為3D數(shù)字圖像。目前，集成在測(cè)試車輛上的傳統(tǒng)LiDAR系統(tǒng)價(jià)格高昂。此外，它們可能不太美觀并且包含可能導(dǎo)致系統(tǒng)停機(jī)的機(jī)械組件。ADI公司在真正非機(jī)械式且經(jīng)濟(jì)高效的LiDAR技術(shù)上進(jìn)行了大量投資，以促進(jìn)汽車LiDAR系統(tǒng)的采納成為主流，并使汽車供應(yīng)商和OEM能夠在客車中部署基于LiDAR的ADAS和自動(dòng)駕駛應(yīng)用。ADI公司擁有豐富的高性能信號(hào)鏈和電源管理元件，可用于構(gòu)建幾乎任何LiDAR系統(tǒng)。這些產(chǎn)品適用于脈沖或FMCW/連續(xù)波系統(tǒng)，以及構(gòu)建在900 nm至1500 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的系統(tǒng)。

ADI公司的AD-FMCLIDAR1-EBZLiDAR開(kāi)發(fā)解決方案系統(tǒng)架構(gòu)

AD-FMCLIDAR1-EBZ 是ADI經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的1D非掃描 LiDAR開(kāi)發(fā)模塊硬件平臺(tái)，它可以靈活地滿足個(gè)性化設(shè)計(jì)需求，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，并降低 LiDAR 開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性。它包括可在客戶設(shè)計(jì)中集成的開(kāi)源軟件框架以及 Matlab 和 Python 的包裝器。通過(guò) FMC 連接器與 FGPA 配對(duì)后，可用于 LiDAR 軟件和算法開(kāi)發(fā)。在開(kāi)發(fā)軟件和算法的同時(shí)，可以利用硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化。

ADI LiDAR 客戶原型設(shè)計(jì)平臺(tái)

總結(jié)

過(guò)去25年來(lái)，ADI公司一直致力于汽車安全和ADAS發(fā)展。現(xiàn)在，ADI正在為自動(dòng)駕駛的未來(lái)奠定基礎(chǔ)。ADI公司目前圍繞高性能雷達(dá)和激光雷達(dá)等領(lǐng)域的卓越積累，提供高性能傳感器和信號(hào)/功率鏈解決方案。這些解決方案不僅將大幅提高ADAS系統(tǒng)的性能，而且還將降低整個(gè)平臺(tái)的實(shí)施成本，從而加快我們邁向自動(dòng)駕駛的步伐。

來(lái)源：傳感器技術(shù)”

責(zé)任編輯：PSY

原文標(biāo)題：多樣化LiDAR系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛傳感器融合策略完美閉環(huán)

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