層出不窮的激光雷達技術(shù)，未來大勢是否已有定論？

電子發(fā)燒友報道 （文/周凱揚) 作為ADAS和自動駕駛環(huán)境感知系統(tǒng)的一部分，車載攝像頭、毫米波雷達、超聲波雷達以及激光雷達為車身和周圍環(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，汽車領(lǐng)域的應(yīng)用起步較晚。全球激光雷達廠商尚處于初始階段，而國內(nèi)與世界先進水平的差距也很小，國內(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，不少頭部汽車企業(yè)也紛紛投資激光雷達廠商，增設(shè)相關(guān)研究項目。

國內(nèi)智能駕駛市場的規(guī)模已于2017年達到681億元，預(yù)計2023年將達到2381億元，從2019年至2023年的年復(fù)合增長率約為20.62%。國內(nèi)智能駕駛市場中ADAS的增速更快，預(yù)計今年的市場空間將觸及800億元，年復(fù)合增長率將接近35%。

激光雷達分類和主要廠商 / 電子發(fā)燒友網(wǎng)制

但作為一項新興技術(shù)，激光雷達目前優(yōu)先考慮的還不是成本問題，而是技術(shù)趨勢的問題。激光雷達大致可分為機械激光雷達和固態(tài)激光雷達，其中固態(tài)激光雷達又包含MEMS、OPA、Flash和FMCW等技術(shù)方案。這些方案可謂各有優(yōu)劣，也造成了激光雷達市場沒有統(tǒng)一趨勢的發(fā)展現(xiàn)狀，但這對新技術(shù)的發(fā)展來說并非壞事，每個廠商也在用各自的手段彌補這些缺陷，我們不妨來對比一下他們的新突破。

機械激光雷達

機械激光雷達作為最普及的激光雷達，其最大優(yōu)勢即可以覆蓋大范圍的探測角度和探測距離，而且激光雷達可以通過發(fā)射多線束來實現(xiàn)更高的角度分辨率。機械激光雷達中激光只集中于單一特定方向，因此可以為每個激光脈沖提供更高的功率，而不會傷害到人眼。其劣勢在于存在移動部件，難以實現(xiàn)固態(tài)級別的穩(wěn)定性和魯棒性，而且其尺寸較大、成本較高，點云中每個點并非同時測量。

RS-Ruby Lite 激光雷達/ 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，追求性價比均衡的RS-Ruby Lite，其激光線束為80，探測距離最遠可至230米，垂直角分辨率為0.1°，并實現(xiàn)了抗多雷達對射干擾和抗強光干擾。

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°，垂直視場角為40°（-25°至+15°）。禾賽還為這款激光雷達加入了主動抗干擾技術(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系列OS0，以及旗艦系列OS2的128線束新品OS2-128。OS2-128的探測距離遠達240米，垂直視場角為22.5°（±11.25°），垂直角分辨率為0.18°。此外，英偉達也在去年宣布與Ouster合作，將高分辨率的OS2激光雷達整合在Nvidia Drive AGX平臺，用于自動駕駛商用車，計劃在2022年開始量產(chǎn)，并實現(xiàn)L3至L5級別的自動駕駛系統(tǒng)。

固態(tài)激光雷達

MEMS（微機電系統(tǒng)）

MEMS激光雷達也就是常說的混合固態(tài)激光雷達，因為其內(nèi)部僅需一束激光光源，用“可動”的微鏡面來反射光線，因此這張激光雷達兼具“固態(tài)”和“運動”兩種屬性，故得名混合固態(tài)。其優(yōu)點在于體積小，成本低，但可靠性仍有待驗證。

4Sight M / Aeye

Aeye近期推出了第五代MEMS激光雷達系列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，其FOV達到60°x 30°，角分辨率為0.1°，在10%的標準反射率下探測距離為205米，更可經(jīng)過軟件配置將探測距離改至一千米。Aeye聲稱在自己的專利系統(tǒng)設(shè)計下，其反射鏡尺寸可達到1mm以下，而其它激光雷達系統(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，一個光學(xué)相位調(diào)制器用來控制通過透鏡的激光的速度，從而控制光的波面形狀，以此來消除機械運動部件。

S3-2激光雷達 / Quanergy

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

Flash

Flash激光雷達的原理非常接近于使用Flash的數(shù)碼相機，通過同時照亮一大片區(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)點在于采集率很快且免疫振動因素，但缺點是難以避免環(huán)境中其它反射鏡的影響，而且照亮整個探測場景和遠處物體需要很高的激光功率。

Xenolidar激光雷達 / Xenomatix

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

FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）

與傳統(tǒng)的ToF激光雷達相比，F(xiàn)MCW激光雷達多出了不少優(yōu)勢，比如對背景光線和傳統(tǒng)干擾的免疫、探測距離遠等。傳統(tǒng)ToF雷達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激光雷達通過檢測返回光和發(fā)射光的時間、頻率和波長，濾除不匹配的數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)更精確的目標檢測。但其劣勢是光學(xué)校準復(fù)雜，需要連續(xù)性強的光源，而且線性調(diào)制較為困難。

AFDL激光雷達 / Blackmore

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

Aeva FMCW激光雷達 / Aeva

而同樣研究FMCW的Aeva近期也宣布將與德國汽車供應(yīng)商采埃孚合作，力求實現(xiàn)首個FMCW車規(guī)激光雷達的批量生產(chǎn)。Aeva聲稱其FMCW技術(shù)與其它廠商不同，其獨特指出在于打破了最大探測距離和點云密度之間的依賴性。Aeva的4D激光雷達將多個光速集成在芯片上，每個光速可在最大范圍內(nèi)每秒測量數(shù)百萬個點，從而提供前所未有的數(shù)據(jù)準確性并極大提高了自動駕駛測量的安全系數(shù)。

小結(jié)

隨著自動駕駛的要求逐漸提高，激光雷達的參數(shù)要求也在慢慢提高，比如從角度分辨率升級為即時分辨率等。激光雷達在汽車應(yīng)用上的探索仍在進行中，且多數(shù)集中在ToF技術(shù)上。Flash ToF激光雷達盡管有著不錯的特性，但2D光電檢測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規(guī)?；?。兩者都需要多年研究才能走向市場規(guī)?；?。而如今不少機械激光雷達的廠商都開始嘗試MEMS固態(tài)激光雷達、高波長、軟件定義或AI輔助等新方向，激光雷達仍處于較快的技術(shù)迭代期，但不可否認的是，激光雷達必將成為將自動駕駛推向L4及以上等級的中堅力量。