層出不窮的激光雷達(dá)技術(shù)，未來(lái)大勢(shì)是否已有定論？

電子發(fā)燒友報(bào)道 （文/周凱揚(yáng)) 作為ADAS和自動(dòng)駕駛環(huán)境感知系統(tǒng)的一部分，車(chē)載攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)以及激光雷達(dá)為車(chē)身和周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)的獲取起到了至關(guān)重要的作用。而激光雷達(dá)因其優(yōu)異的特性，也在逐漸成為現(xiàn)代智能駕駛中不可或缺的部件。

盡管激光雷達(dá)技術(shù)的起源已經(jīng)有了數(shù)十年歷史，但多用于衛(wèi)星和氣象等領(lǐng)域，汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用起步較晚。全球激光雷達(dá)廠商尚處于初始階段，而國(guó)內(nèi)與世界先進(jìn)水平的差距也很小，國(guó)內(nèi)有禾賽科技、速騰聚創(chuàng)和北科天繪等初創(chuàng)型公司在深耕這一領(lǐng)域，不少頭部汽車(chē)企業(yè)也紛紛投資激光雷達(dá)廠商，增設(shè)相關(guān)研究項(xiàng)目。

國(guó)內(nèi)智能駕駛市場(chǎng)的規(guī)模已于2017年達(dá)到681億元，預(yù)計(jì)2023年將達(dá)到2381億元，從2019年至2023年的年復(fù)合增長(zhǎng)率約為20.62%。國(guó)內(nèi)智能駕駛市場(chǎng)中ADAS的增速更快，預(yù)計(jì)今年的市場(chǎng)空間將觸及800億元，年復(fù)合增長(zhǎng)率將接近35%。

激光雷達(dá)分類(lèi)和主要廠商 / 電子發(fā)燒友網(wǎng)制

但作為一項(xiàng)新興技術(shù)，激光雷達(dá)目前優(yōu)先考慮的還不是成本問(wèn)題，而是技術(shù)趨勢(shì)的問(wèn)題。激光雷達(dá)大致可分為機(jī)械激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)，其中固態(tài)激光雷達(dá)又包含MEMS、OPA、Flash和FMCW等技術(shù)方案。這些方案可謂各有優(yōu)劣，也造成了激光雷達(dá)市場(chǎng)沒(méi)有統(tǒng)一趨勢(shì)的發(fā)展現(xiàn)狀，但這對(duì)新技術(shù)的發(fā)展來(lái)說(shuō)并非壞事，每個(gè)廠商也在用各自的手段彌補(bǔ)這些缺陷，我們不妨來(lái)對(duì)比一下他們的新突破。

機(jī)械激光雷達(dá)

機(jī)械激光雷達(dá)作為最普及的激光雷達(dá)，其最大優(yōu)勢(shì)即可以覆蓋大范圍的探測(cè)角度和探測(cè)距離，而且激光雷達(dá)可以通過(guò)發(fā)射多線束來(lái)實(shí)現(xiàn)更高的角度分辨率。機(jī)械激光雷達(dá)中激光只集中于單一特定方向，因此可以為每個(gè)激光脈沖提供更高的功率，而不會(huì)傷害到人眼。其劣勢(shì)在于存在移動(dòng)部件，難以實(shí)現(xiàn)固態(tài)級(jí)別的穩(wěn)定性和魯棒性，而且其尺寸較大、成本較高，點(diǎn)云中每個(gè)點(diǎn)并非同時(shí)測(cè)量。

RS-Ruby Lite 激光雷達(dá)/ RoboSense

速騰聚創(chuàng)在六周年之際發(fā)布了去年高端產(chǎn)品RS-Ruby（128線）的輕量版，追求性?xún)r(jià)比均衡的RS-Ruby Lite，其激光線束為80，探測(cè)距離最遠(yuǎn)可至230米，垂直角分辨率為0.1°，并實(shí)現(xiàn)了抗多雷達(dá)對(duì)射干擾和抗強(qiáng)光干擾。

Pandar 128 / 禾賽科技

禾賽科技也在近日正式發(fā)布了自己旗下的128線旗艦產(chǎn)品Pandar128，其探測(cè)范圍為0.3米至200米，水平最高角分辨率為0.1°，垂直最高角分辨率為0.125°，垂直視場(chǎng)角為40°（-25°至+15°）。禾賽還為這款激光雷達(dá)加入了主動(dòng)抗干擾技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)加密技術(shù)。

Ouster在今年年初推出了面向超廣角的激光雷達(dá)系列OS0，以及旗艦系列OS2的128線束新品OS2-128。OS2-128的探測(cè)距離遠(yuǎn)達(dá)240米，垂直視場(chǎng)角為22.5°（±11.25°），垂直角分辨率為0.18°。此外，英偉達(dá)也在去年宣布與Ouster合作，將高分辨率的OS2激光雷達(dá)整合在Nvidia Drive AGX平臺(tái)，用于自動(dòng)駕駛商用車(chē)，計(jì)劃在2022年開(kāi)始量產(chǎn)，并實(shí)現(xiàn)L3至L5級(jí)別的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。

固態(tài)激光雷達(dá)

MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）

MEMS激光雷達(dá)也就是常說(shuō)的混合固態(tài)激光雷達(dá)，因?yàn)槠鋬?nèi)部?jī)H需一束激光光源，用“可動(dòng)”的微鏡面來(lái)反射光線，因此這張激光雷達(dá)兼具“固態(tài)”和“運(yùn)動(dòng)”兩種屬性，故得名混合固態(tài)。其優(yōu)點(diǎn)在于體積小，成本低，但可靠性仍有待驗(yàn)證。

4Sight M / Aeye

Aeye近期推出了第五代MEMS激光雷達(dá)系列4Sight，首款產(chǎn)品4Sight M已于7月正式發(fā)布。4Sight M是一款基于1550nm的MEMS激光雷達(dá)，其FOV達(dá)到60°x 30°，角分辨率為0.1°，在10%的標(biāo)準(zhǔn)反射率下探測(cè)距離為205米，更可經(jīng)過(guò)軟件配置將探測(cè)距離改至一千米。Aeye聲稱(chēng)在自己的專(zhuān)利系統(tǒng)設(shè)計(jì)下，其反射鏡尺寸可達(dá)到1mm以下，而其它激光雷達(dá)系統(tǒng)的反射鏡尺寸都在3mm和25mm之間，因此節(jié)省了10倍乃至600倍的表面空間。

OPA（光學(xué)相控陣）

在OPA系統(tǒng)中，一個(gè)光學(xué)相位調(diào)制器用來(lái)控制通過(guò)透鏡的激光的速度，從而控制光的波面形狀，以此來(lái)消除機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件。

S3-2激光雷達(dá) / Quanergy

采用OPA技術(shù)的代表廠商為美國(guó)的Quanergy，其最新的OPA激光雷達(dá)產(chǎn)品為S3-2，但S3-2的最大探測(cè)范圍僅有50米，不過(guò)其最小探測(cè)范圍可以做到5厘米內(nèi)，視場(chǎng)角范圍為100°x 4°。

Flash

Flash激光雷達(dá)的原理非常接近于使用Flash的數(shù)碼相機(jī)，通過(guò)同時(shí)照亮一大片區(qū)域，在焦平面陣列（FPA）上獲取所產(chǎn)生的像素距離訊息。其優(yōu)點(diǎn)在于采集率很快且免疫振動(dòng)因素，但缺點(diǎn)是難以避免環(huán)境中其它反射鏡的影響，而且照亮整個(gè)探測(cè)場(chǎng)景和遠(yuǎn)處物體需要很高的激光功率。

Xenolidar激光雷達(dá) / Xenomatix

Flash激光雷達(dá)中最為知名的是比利時(shí)廠商Xenomatix，其下Xenolidar系列是無(wú)需經(jīng)過(guò)掃描的激光雷達(dá)，只需“一次閃光”就能檢測(cè)整個(gè)場(chǎng)景，但又不會(huì)受到短距離和高功率的限制。Xenolidar采用了多光束方案，正常功耗下的探測(cè)距離可超過(guò)200米。該系列下專(zhuān)用于高速公路場(chǎng)景的XenoLidar Highway最大探測(cè)距離為200米，視場(chǎng)角為30°x 10°，角分辨率達(dá)0.2°x 0.2°。

FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）

與傳統(tǒng)的ToF激光雷達(dá)相比，F(xiàn)MCW激光雷達(dá)多出了不少優(yōu)勢(shì)，比如對(duì)背景光線和傳統(tǒng)干擾的免疫、探測(cè)距離遠(yuǎn)等。傳統(tǒng)ToF雷達(dá)很可能受到其它傳感器的光脈沖干擾，以及先前發(fā)出脈沖的自干擾。而FMCW激光雷達(dá)通過(guò)檢測(cè)返回光和發(fā)射光的時(shí)間、頻率和波長(zhǎng)，濾除不匹配的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)更精確的目標(biāo)檢測(cè)。但其劣勢(shì)是光學(xué)校準(zhǔn)復(fù)雜，需要連續(xù)性強(qiáng)的光源，而且線性調(diào)制較為困難。

AFDL激光雷達(dá) / Blackmore

Aurora是一家研究自動(dòng)駕駛汽車(chē)“全棧解決方案”的廠商，并推出了自研的Aurora Driver自動(dòng)駕駛平臺(tái)。Aurora在去年收購(gòu)了專(zhuān)研FMCW激光雷達(dá)的Blackmore。據(jù)Aurora強(qiáng)調(diào)，F(xiàn)MCW激光雷達(dá)不會(huì)受到日照光線量的影響，探測(cè)距離可達(dá)300米以上。而且Aurora的FMCW激光雷達(dá)也可以在1550nm波段下工作，從而使得傳感器發(fā)射更強(qiáng)的光脈沖。

Aeva FMCW激光雷達(dá) / Aeva

而同樣研究FMCW的Aeva近期也宣布將與德國(guó)汽車(chē)供應(yīng)商采埃孚合作，力求實(shí)現(xiàn)首個(gè)FMCW車(chē)規(guī)激光雷達(dá)的批量生產(chǎn)。Aeva聲稱(chēng)其FMCW技術(shù)與其它廠商不同，其獨(dú)特指出在于打破了最大探測(cè)距離和點(diǎn)云密度之間的依賴(lài)性。Aeva的4D激光雷達(dá)將多個(gè)光速集成在芯片上，每個(gè)光速可在最大范圍內(nèi)每秒測(cè)量數(shù)百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)，從而提供前所未有的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性并極大提高了自動(dòng)駕駛測(cè)量的安全系數(shù)。

小結(jié)

隨著自動(dòng)駕駛的要求逐漸提高，激光雷達(dá)的參數(shù)要求也在慢慢提高，比如從角度分辨率升級(jí)為即時(shí)分辨率等。激光雷達(dá)在汽車(chē)應(yīng)用上的探索仍在進(jìn)行中，且多數(shù)集中在ToF技術(shù)上。Flash ToF激光雷達(dá)盡管有著不錯(cuò)的特性，但2D光電檢測(cè)和弱光條件下仍存在較大挑戰(zhàn)。FMCW的技術(shù)成熟度雖然較低，但相比之下OPA的成熟度更低，兩者都需要多年研究才能走向市場(chǎng)規(guī)?；烧叨夹枰嗄暄芯坎拍茏呦蚴袌?chǎng)規(guī)?；６缃癫簧贆C(jī)械激光雷達(dá)的廠商都開(kāi)始嘗試MEMS固態(tài)激光雷達(dá)、高波長(zhǎng)、軟件定義或AI輔助等新方向，激光雷達(dá)仍處于較快的技術(shù)迭代期，但不可否認(rèn)的是，激光雷達(dá)必將成為將自動(dòng)駕駛推向L4及以上等級(jí)的中堅(jiān)力量。