禾賽激光雷達的芯片迭代方案分享

成本：

車載激光雷達短期成長確定性高，成本正在持續(xù)下探。收發(fā)模組占據(jù)激光雷達最主要的BOM成本，收發(fā)芯片格局和利潤空間較優(yōu)。

技術(shù)路線：禾賽科技主雷達AT128采用“905nm Vcsel發(fā)射+一維轉(zhuǎn)鏡掃描+SiPM接收”——成本、性能、可靠性三者平衡做得較好*一維轉(zhuǎn)鏡能做到多少線取決于有多少個收發(fā)模組，因此集成難度很大，較難做出高線數(shù)產(chǎn)品

速騰聚創(chuàng)M系列采用“905nm EEL發(fā)射+MEMS掃描+SiPM接收”——較高性價比、易于量產(chǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計、相對成熟的供應鏈

圖達通Falcon采用“1550nm光纖激光器+二維轉(zhuǎn)鏡掃描+APD接收”——性能表現(xiàn)突出、成本&功耗偏高，上限取決于基于硅光芯片的FMCW路線進展

特斯拉通過BEV、Transformer、柵格網(wǎng)絡(luò)等一系列新技術(shù)，彌補因沒有搭載激光雷達而導致無法還原周圍3D場景的不足，縮小多傳感器方案間的感知差距。

BEV：

Bird‘s Eye View， 將攝像頭提取到的圖像信息輸入至神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以提取特征，再利用基于自注意力機制的Transformer算法將結(jié)果進行拼接，最終形成俯視鳥瞰圖。將多個傳感器生成的特征轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的坐標系下，再將其合并到一起，更貼近實際物理世界。

Transformer：

Transformer網(wǎng)格結(jié)構(gòu)借鑒人腦的注意力機制組成，處理大量信息是能夠只選擇一些關(guān)鍵信息進行處理，以提升神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)效率。Transformer較傳統(tǒng)CNN模型飽和區(qū)間很大，因此更適宜于大規(guī)模數(shù)據(jù)訓練的需求。

柵格網(wǎng)絡(luò)：

Occupancy Network 在BEV基礎(chǔ)上添加Z軸，將BEV的2D柵格變?yōu)?D，實現(xiàn)3D空間重建

特征融合后，基于Deconvolution的解碼器會解碼出每個3D空間位置的占據(jù)情況（Occupancy），語義（Semantics）以及運動情況（Flow）

MEMS：

micro-electromechanical system微振鏡，對于振動相對敏感，因此需要研發(fā)隔離振動技術(shù)。核心結(jié)構(gòu)是尺寸很小的懸臂梁結(jié)構(gòu)，通過驅(qū)動扭桿使得MEMS微振鏡進行振蕩扭轉(zhuǎn)，從而對激光進行反射，僅需要少量激光探測器即可完成高線束的掃描效果，因此體積較小、成本可控。

MEMS激光雷達想要提升性能可以考慮增大振鏡尺寸。但鏡面尺寸變大后，成本會明顯上升，且支撐振鏡的兩根扭桿也更加容易斷裂，因此需研發(fā)隔離振動技術(shù)。

MEMS通常有電磁驅(qū)動和靜電驅(qū)動兩種方式，電磁驅(qū)動的驅(qū)動力來自于電磁或永磁體（Magnet），需要有數(shù)十微米厚度的電磁線圈，封裝需要配置永磁鐵；而靜電驅(qū)動則是利用帶電導體（電極板）間的靜電作用力。

靜電驅(qū)動方式更成熟，封裝簡單，體積小且功耗低，但電磁驅(qū)動能夠?qū)冶哿旱膹姸茸龅酶?，以提升可靠性，同時實現(xiàn)更大的掃描角度。

采用1550nm波長，通過改變發(fā)射端而非掃描段也可提升激光雷達的性能，確?？煽啃裕瑫r，1550nm帶來的成本和功耗也會增加。

1550nm光源在人眼安全方面較905nm更有優(yōu)勢，人眼可見光波長范圍在380-780nm之間，1400nm以上的激光在到達人眼視網(wǎng)膜前就被眼球的透明部分吸收完，因此對人眼的傷害相對較小。也就意味著1550nm能夠在更高光源功率下運行，從而實現(xiàn)更高的性能。且1550nm的光束發(fā)散角要小于905nm，發(fā)散角越小，光束照到遠距離小物體時信息損失就越少，返回能量越大，探測效果更好。1550nm探測距離約250m，905nm約150-200m。對于相關(guān)應用者來說，做好平衡更關(guān)鍵。

*1550nm“容易被水吸收”，在雨天探測效果會大打折扣，尤其是成片的水簾或水灘；同時高功耗帶來散熱、耗電等困難也需一并考慮。

二維轉(zhuǎn)鏡：

二維轉(zhuǎn)鏡指有一縱一橫兩面掃瞄鏡，橫軸的多邊形棱鏡能夠?qū)崿F(xiàn)光源的水平掃描，而縱軸的掃描振鏡則可以改變光源的垂直方向，通過兩面鏡子的旋轉(zhuǎn)配合，二維轉(zhuǎn)鏡僅需一束光源就能夠?qū)崿F(xiàn)機械旋轉(zhuǎn)式激光雷達若干個光源才能實現(xiàn)的掃描效果。

EEL：邊發(fā)射激光器

VCSEL：垂直腔面發(fā)射激光器

激光發(fā)射器的選擇主要取決于激光雷達的掃描方案和測距原理。VCSEL具有成本低、集成度高的優(yōu)點。除激光雷達外，也可應用于DMS駕駛員監(jiān)控攝像頭。

PN結(jié)：

為解決VCSEL發(fā)光面積大、導致光源能量密度低，可實現(xiàn)的有效距離偏近，VCSEL廠商研發(fā)多結(jié)技術(shù)，即多個高摻雜隧道結(jié)（PN結(jié)），通過優(yōu)化控制隧道結(jié)摻雜，可降低電流通過的電阻，從而減少電子發(fā)射光子所需的驅(qū)動電流，以實現(xiàn)更高的功率密度。量產(chǎn)產(chǎn)品的光功率密度約1200-1500W/mm2，對比EEL的光功率密度在萬級別，二者差距甚大。但目前可靠性多結(jié)后變差、散熱問題等尚未解決。

APD 雪崩光電二極管，SPAD單光子雪崩二極管，SiPM硅光電倍增管。SPAD是蓋革模式（即偏置電壓高于擊穿電壓）下的APD，具備單光子成像能力，而SiPM是硅基陣列模式的SPAD，由多個SPAD并聯(lián)組成。

與APD相比，SPAD/SiPM的主要優(yōu)勢在于更強的增益效果和更高的靈敏度，但面臨日光干擾的問題。

對比SPAD和SiPM，長距激光雷達目前多使用SiPM，F(xiàn)lash補盲激光雷達則以SPAD為主。

Deconvolution：

反卷積，反濾波，逆卷積，去卷積

定義：反卷積（deconvolution）是指通過 計算 輸出和已知輸入 ，求 未知輸入的過程。

應用1：圖像識別。應用2：可以從一組模糊的光切圖像中提取出清晰的序列圖像。如--AutoQuant三維反卷積軟件。

corner case：

數(shù)據(jù)庫中未被標注過的物體，如異形車、側(cè)翻的大卡車、掀開后備箱的車等，純視覺方案很難準確識別。

其他一些知識點

SWC： software component

SOC： system on chip

Arxml：實質(zhì)是XML文件，一般通過autosar標準的XSD進行約束，arxml是一個通用的配置/數(shù)據(jù)庫文件；ARXML可以包含service和signal的相關(guān)信息，以及E2E相關(guān)信息，若ARXML中定義了且完整體現(xiàn)了S2S轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系信息，則也可以通過解析ARXML（替換轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系表）的方式來實現(xiàn)S2S的測試。

XML文檔是樹狀結(jié)構(gòu)；

第1行：XML聲明。必須放在第一行，第一列，聲明語句之前，不能有任何的空格和注釋。定義了XML版本和編碼信息。其中，版本永遠都是1.0；編碼方式一般都使用UTF-8（該編碼支持中文標簽），編碼信息不區(qū)分大小寫。

第2行：根元素，XML有且僅有一個根元素。元素由開始標簽、元素內(nèi)容、結(jié)束標簽組成，沒有被其它元素包圍的元素稱為根元素；

第3行：注釋的寫法：，但不能嵌套使用。

第4行：” id=;book_1’”表示屬性。屬性必有值，值必須使用引號（單引號，雙引號）。屬性其實是描述標簽一些額外的信息，一個標簽可以有多個屬性。可以將屬性看為元素的另一種寫法。

第5~7行：表示元素。

注意：XML中的標簽區(qū)分大小寫，對應的開始標簽和結(jié)束標簽必須大小寫一致。

標簽命名：普通字符有：字母，數(shù)字，-中橫線，_下劃線，。點號，數(shù)字不能作為首字母出現(xiàn)等。大段內(nèi)容有許多特殊符號內(nèi)容，使用轉(zhuǎn)義，如下的例子：了看可是ljlkdjlsjd lsksj lsjdlks d］］》

XML中的標簽是成對的，而且要正確嵌套：標簽可以嵌套，但不可以交叉嵌套。

實際的項目當中，第4~8行這部分經(jīng)常是重復的。

特殊符號使用符號實體：

單引號：用'表示

雙引號：用“表示

空格：用 表示

&符號：用&表示

》符號：用》表示

《符號：用《表示

SOA：

Service-Oriented Architecture，面向服務(wù)的架構(gòu)

S2S：

Services（基于以太網(wǎng)的服務(wù)）ToSignal（基于信號）

用于測試開發(fā)的輸入文件應該包含三類信息：

1）S2S需求規(guī)范；

2）Service、Signal、E2E相關(guān)信息（ARXML中包含，或提供同樣包含相關(guān)信息的其它類型的數(shù)據(jù)庫文件）

3）S2S轉(zhuǎn)發(fā)關(guān)系表

4）其他輸入（可有，需求規(guī)范中設(shè)計的如SecOC等需求對應的輸入物）

-基于AutoSar， S2S有兩種部署方案，一個是在CP，一個在AP

CP：

1）可在信號和服務(wù)端分別配置相同或者不同的E2E配置

2）E2E不正確的不被轉(zhuǎn)發(fā)

3）優(yōu)點：信號路徑很短

4）缺點：需要SomeIP協(xié)議棧

AP：

1）可在信號和服務(wù)端配置相同或不同的E2E配置

2） E2E不正確的在另一端反饋E2E錯誤

3）優(yōu)點：有現(xiàn)成AutoSAR方案，無需SomeIP協(xié)議棧

4）缺點：信號路徑過長，需用IPC縮短A核和M核通信路徑

SOME/IP：

Scalable service-Oriented Middleware over IP，是目前汽車行業(yè)實現(xiàn)SOA架構(gòu)最核心的通信協(xié)議。SOME/IP協(xié)議以服務(wù)為單位管理整車信息，服務(wù)可以包含各種可調(diào)用方法（Method）和事件通知組（EventGroup），通過Service Interface將信息進行傳遞共享，按需分配服務(wù)。

SOME/IP位于OSI七層模型的5-7層，需要運行TCP/IP協(xié)議棧之上，即所有的SOME/IP報文都是IP報文，都是TCP/UDP報文。

SOME/IP 主要可以提供以下功能：

① 數(shù)據(jù)序列化與反序列化（Serialization/Deserialization）：服務(wù)通信數(shù)據(jù)與二進制數(shù)據(jù)流之間的雙向轉(zhuǎn)換；

② 可用服務(wù)發(fā)現(xiàn)（SD）：管理服務(wù)狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)和提供服務(wù)，動態(tài)配置 SOME/IP 報文發(fā)送；

③ 服務(wù)發(fā)布與訂閱（Publish/Subscribe）：管理服務(wù)的發(fā)布與訂閱關(guān)系；

④ 遠程服務(wù)調(diào)用（RPC）：實現(xiàn)控制器（Client）使用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他控制器（Server）提供的服務(wù)。

編輯：黃飛