鐳神激光雷達車路協(xié)同系統(tǒng)

2019年7月5日，由博聞創(chuàng)意和CCIA 智能網(wǎng)聯(lián)專委會、佐智汽車舉辦的「2019中國汽車互聯(lián)與車路協(xié)同大會」在深圳舉行。鐳神智能CEO胡小波先生在會上發(fā)表了題為“鐳神激光雷達車路協(xié)同系統(tǒng)” 的演講。

各位下午好！今天與大家分享一下鐳神智能在車路協(xié)同方面所取得的成果。

鐳神智能是全球領(lǐng)先的激光雷達及整體解決方案提供商，一直致力于為無人駕駛、車路協(xié)同等行業(yè)領(lǐng)域提供各種性能優(yōu)異、質(zhì)量可靠、價格厚道的激光雷達和高效完善的整體解決方案。

首先為大家簡單介紹一下激光雷達的一些情況。大家對于激光雷達其實有著很多的誤解：首先是認為激光雷達很貴，當然，國外的激光雷達都很貴，國內(nèi)某些廠家的激光雷達性價比不高,這毋庸置疑；其次，激光雷達的技術(shù)難度很高，綜合技術(shù)能力要求很強，研發(fā)周期也很長；再者，就是車規(guī)級的要求難以滿足；最后一個是可靠性差的問題。我曾經(jīng)問過深圳某一個做無人駕駛公交大巴廠家：“你們之前用國外的V公司和國內(nèi)的深圳某家的16線激光雷達可靠性怎么樣？”他很痛苦地說，沒有任何一個激光雷達能在車上連續(xù)使用超過三個月不壞的，所以得經(jīng)常更換雷達。

激光雷達有很多種，其中采用TOF測量原理的，主要有機械式、混合固態(tài)以及固態(tài)等三種掃描方式。在固態(tài)激光雷達里面，目前最受關(guān)注的是MEMS激光雷達，以前則是OPA和3D Flash激光雷達，但3D Flash激光雷達的測距不是很遠。

MEMS激光雷達現(xiàn)在面臨一個最頭痛的問題——目前全世界做MEMS振鏡的廠家，沒有一家可以提供能承受-40到105度的工作溫度,同時能扛得住車規(guī)級沖擊和振動的MEMS振鏡，根本無法達到車規(guī)要求?，F(xiàn)在全世界的車廠，只要拿到任何一個公司做的MEMS激光雷達，估計也都不敢拿去做車規(guī)級的測試。但這并非說明MEMS路線不可行， 只不過近三年內(nèi)都不太可能滿足車規(guī), 而且成本也遠沒有吹噓的200美金那么低, 根本不可能, 一臺120度水平掃描角度MEMS激光雷達, 至少用2個MEMS振鏡拼接，一個振鏡1000多美金，2個2000多美金，而且一個APD陣列的成本就已經(jīng)遠遠超過200美金，再加上光學系統(tǒng)，精密加工的機械結(jié)構(gòu)件，電路上的高端FPGA芯片，幾個高速 ADC芯片，也得幾千人民幣， 加起來物料成本3萬人民幣以上是至少的， 批量生產(chǎn)里面很多物料的成本也很難降下來，而且光學系統(tǒng)調(diào)試，校準非常麻煩復雜，比機械式的還要麻煩十倍，人工費用比機械式也要高好幾倍。所以，汽車主機廠指望MEMS固態(tài)激光雷達3年內(nèi)能夠大規(guī)模量產(chǎn)，或者成本能夠降下來到500美金以內(nèi)，都是緣木求魚，鏡花水月。

OPA技術(shù)方案在目前來說更加不可行。它產(chǎn)生的光束往往比其他技術(shù)發(fā)散得更大，相控陣芯片對激光功率損耗很大，旁瓣很難壓制，因此很難實現(xiàn)遠距離、高掃描分辨率和寬視場的性能，而且接收得采用面陣的APD陣列探測器，成本遠沒有美國某公司說的那么理想。OPA這個技術(shù)，我們認為在5年之內(nèi)沒有任何可能性,而且成本也遠沒有吹噓的200美金那么低, 根本不可能,一個APD陣列的成本就已經(jīng)遠遠超過200美金。

Flash激光雷達有兩種技術(shù)方案，一種是APD陣列，很貴，一種是用高感光的CMOS做探測的元器件，測不遠。而且這種技術(shù)方案抗干擾能力是最差的。其實FLASH的激光雷達所有的技術(shù)含量都在它的接收端的光電探測器芯片廠家那里，只要接收光電探測器芯片做好了，這款激光雷達是很容易實現(xiàn)的，F(xiàn)LASH激光雷達系統(tǒng)整機沒有什么技術(shù)含量。汽車應用目前基本上也不現(xiàn)實。

相干型調(diào)頻連續(xù)波激光雷達這種探測模式，從未來的發(fā)展趨勢來看是一種非常好的方式。它好在哪里呢？首先這種激光雷達是天然抗干擾的，因為它是干涉型的，只對自己發(fā)出的光進行干涉，任何別的光（包括太陽光，別的激光雷達發(fā)出的激光）都干擾不了它，這是它最大的優(yōu)勢。還有一個優(yōu)點就是它可以測移動物體的運動速度和運動方向。但它也有缺點，它要用單頻的激光器，聲光調(diào)制器等技術(shù)非常復雜，導致成本非常高昂。當然，這些對鐳神來說不是任何問題，這些單頻光纖激光器，聲光調(diào)制器等昂貴的器件，鐳神都可以以幾十分之一的市場價格自行生產(chǎn)。

上圖是我們剛剛推出來的128線激光雷達，完全按車規(guī)級標準設(shè)計，量程可達200m，目前市場價格是￥68000，千臺以上批量價只要￥28000，國外同等的產(chǎn)品售價大概是十幾萬美金。

下表是我們的128線激光雷達的參數(shù)，對于L4、L5級別的自動駕駛，通過這款產(chǎn)品我們都可以輕松應對各種高低速的道路場景。

我們在128線混合固態(tài)激光雷達成功的基礎(chǔ)上，把線束降下來，按車規(guī)的標準又推出了32線、16線混合固態(tài)激光雷達，產(chǎn)品高度大概只有90mm，尺寸很小，標準視場角達到120度，定制最高還能做到150度，標準測量距離200米，可以定制最遠250和300米，完全抗干擾的系統(tǒng)設(shè)計。我們認為這種混合固態(tài)的激光雷達將是未來三年之內(nèi)，唯一能夠過得了車規(guī)的激光雷達。剛剛在歐洲拿到5億歐元激光雷達訂單的法雷奧的車規(guī)級激光雷達應該也是用類似技術(shù)做的，只是它選擇的是雙面鏡，我們用的是多棱鏡。我們依托著自己深厚的科研實力、強大的工程能力和成熟的生產(chǎn)管理，有效將混合固態(tài)激光雷達的成本控制在了很低的水平，32線的大批量價1萬塊錢人民幣左右，16線的小批量售價￥2.8萬元，而萬臺起的批量價格更是低至￥3999，這是汽車主機廠真正可以在汽車前裝上用得起的激光雷達。

下圖是我們已經(jīng)批量生產(chǎn)的360°多線激光雷達，有32線、20線、16線等等多個型號。

其中，20線激光雷達是我們專為車路協(xié)同研發(fā)的。因為32線激光雷達即使價格降到了五六萬，可能對很多人來講還是覺得貴，于是我們推出了20線的，它的價格在32線的基礎(chǔ)上將會有大幅的調(diào)整空間。

MEMS激光雷達方面，鐳神智能目前做了兩種波長方案：905nm和1550nm。其中，905nm的MEMS主要用于近距離的探測，量產(chǎn)可達200米；1550nm的MEMS探測距離則可達300米甚至500米以上。

下面是MEMS激光雷達掃描的效果。

這是采用1550nm波長的激光雷達，用我們自研自產(chǎn)的光纖激光器提供優(yōu)質(zhì)光源。

鐳神的MEMS激光雷達采用自研的特殊 MEMS振鏡，非常非常特殊的技術(shù)，可靠性非常高，性能非常優(yōu)異，完全有機會在未來一年內(nèi)通過車規(guī)測試和認證。

為了提升激光雷達的核心競爭力，鐳神智能還自主研發(fā)出了首款激光雷達專用的16通道TIA芯片。它集成了接收模擬信號處理的多種功能和配置控制，將高頻高帶寬模擬晶體管、多級增益可配置低噪聲放大器、多路開關(guān)選擇器和功率控制單元等集成到比指甲蓋還小的芯片中，用單顆芯片就可以實現(xiàn)多線束激光雷達模擬接收處理。不久前，通訊行業(yè)全球最大的H公司向我們批量采購了這款芯片。

這個光纖激光器是激光雷達的核心元器件，也是我們自主掌握的一項核心技術(shù)。

接下來是鐳神智能的另外一個殺手锏——高精度光纖慣性導航模塊（IMU，inertial measurement unit）。做高速無人駕駛和測繪，現(xiàn)在有另外一個比激光雷達更貴的傳感器，就是光纖慣導。一個三軸光纖慣導從國外進口最便宜要30萬左右，而我們能做到它的價格的1/10。

接下來為大家介紹鐳神智能基于激光雷達在無人駕駛、車路協(xié)同等應用領(lǐng)域的解決方案。實際上，無人駕駛和車路協(xié)同都是把各種傳感器融合在一起，只不過，前者是裝在車端，后者是裝在路端，此外車路協(xié)同還把5G的技術(shù)加了進去。

下圖分別是我們的多線激光雷達做的道路環(huán)境的重建，還有純點云目標的分類識別、純視覺的分類識別，以及點云和視覺融合后的識別效果。

下圖是我們的32線+16線點云融合的效果。

用激光雷達做無人駕駛、車路協(xié)同，最基礎(chǔ)的功能就是要精準識別道路上的目標屬性，為決策層提供機動車、非機動車、行人等的類型、方位、距離、速度、運動方向及流量等道路數(shù)據(jù)。

下面是我們在無人駕駛的部分應用案例，通過與不同行業(yè)客戶的通力合作，鐳神智能對多種道路場景的無人駕駛需求積累了非常豐富的經(jīng)驗。

現(xiàn)在我們在車路協(xié)同領(lǐng)域也做了很多項目。其中，在許昌的5G自動駕駛示范區(qū)就用了50臺鐳神激光雷達。這是和中國移動、北郵等單位合作一起做的一個研究項目，他們把激光雷達、視覺等傳感器組合后，利用光纖交換機將多個傳感器的數(shù)據(jù)連接融合起來，傳輸?shù)椒掌魃希掌魈幚硗陻?shù)據(jù)之后再把它發(fā)到5G基站，然后再通過5G的基站把信息發(fā)到車上。其實，這還不是最好的方式，最好的方式應該是用邊緣計算將處理后的數(shù)據(jù)直接通過基站發(fā)出來。可惜當時由于某些原因，該項目選擇了比較復雜的一個方案。

下面是我們跟大唐移動、宇通做的鄭州宇通智慧島項目，是用32線激光雷達和視覺融合之后，用深度學習對目標進行探測、識別、分類。

比如說一輛無人車在這里行駛，轉(zhuǎn)彎處屬于被遮擋的盲區(qū)，有好些目標它不一定看得到。如何看見盲區(qū)里面的物體出來，這一點非常重要，否則如果有個人從盲區(qū)突然沖出來就會很危險，所以車路協(xié)同就相當于為自動駕駛打造了一雙無死角的“天眼”。如果純用激光雷達或者純用視覺，這套方案檢測的準確性很難達到99%以上，但是將激光雷達和視覺結(jié)合之后，就可以很輕松地達到99%以上的準確率。

目前采用激光雷達與視覺融合方案的車路協(xié)同項目，我們在國內(nèi)還有十多個合作項目落地。

最后簡單介紹一下鐳神智能，2015年2月15日在深圳正式注冊成立，現(xiàn)有員工300余人，研發(fā)人員有100余人，其中海內(nèi)外研究生以上人員40余人（含博士5人），目前擁有2000平米的研發(fā)辦公區(qū)、4000平米激光雷達和光纖激光器生產(chǎn)廠房（深圳），16000平米激光雷達生產(chǎn)廠房（浙江），是國內(nèi)唯一一家自主研發(fā)出激光雷達自動化、半自動化生產(chǎn)產(chǎn)線的企業(yè)。

鐳神跟別家公司相比最不一樣的地方在于，我們可能是全世界掌握激光雷達技術(shù)方案最齊全的公司，各種激光測量原理對應的產(chǎn)品我們都有研發(fā)。另外我們還提供激光雷達專用的芯片、光纖激光器，以及應用領(lǐng)域最齊全的整套解決方案。