激光雷達系統(tǒng)正在進入各種其他應用領域

激光雷達，簡稱光達，是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統(tǒng)。也就是無人車上不停旋轉發(fā)射激光束的“帽子”，通過反射回來的信號繪制出周圍環(huán)境的3D模型。

雖然該技術主要為自動駕駛開發(fā)服務，但其應用正在以迅猛的速度進入其它領域。

激光雷達不僅正在成為自動駕駛技術中越來越重要的一部分，也促進著計算機視覺和雷達傳感器芯片的發(fā)展。與此同時，激光雷達系統(tǒng)也正在進入各種其他應用領域，例如機器人和無人機的工業(yè)自動化領域。

對激光雷達而言，作為該技術的最初應用領域，高級測繪是其另一個快速增長的市場。隨著激光雷達技術的新發(fā)展，測繪系統(tǒng)變得更加強大而復雜，該領域的相關工作也取得了顯著的進展。事實上，激光雷達已被應用到在危地馬拉的叢林中定位龐大的瑪雅都市，其中包括幾個世紀以來一直被隱藏著的數(shù)千種結構和數(shù)千條縱橫交錯的商業(yè)道路。

瑪雅都市蒂卡爾的新發(fā)現(xiàn)（圖片來源：http://wemedia.ifeng.com）

越來越多的應用案例以及技術的持續(xù)改進對于激光雷達市場來說是個良好的開端。ABI Research預測，截至2027年，汽車激光雷達的市場價值將達到近130億美元。

隨著激光雷達的發(fā)展，相關市場也會出現(xiàn)增長。據(jù)Yole Développement預測，氮化鎵功率器件的市場將在未來五年內(nèi)實現(xiàn)79％的年復合增長率，并在2022年底收獲4. 6億美元。該市場研究公司表示，氮化鎵功率技術非常適用于高性能和高頻率器件。Yole的Ana Villamor指出： “激光雷達、無線電源和包絡跟蹤是高端的低/中壓應用，而氮化鎵是唯一能夠滿足其要求的現(xiàn)有技術。”

因此，雖然領先的激光雷達供應商依然追求著自動駕駛汽車的愿景，但除了開發(fā)先進的駕駛員輔助系統(tǒng)之外，他們還在為無人機、工業(yè)系統(tǒng)和測繪領域開發(fā)產(chǎn)品。

自動駕駛/輔助駕駛

目前，激光雷達的最大機遇與市場仍然是汽車領域，并且正在努力通過固態(tài)設計減少運動部件的數(shù)量和相應系統(tǒng)的成本。

也因此引發(fā)了激光雷達領域的激烈競爭?！案偁幍哪繕耸堑统杀?、小尺寸的固態(tài)激光雷達，”Cadence定制IC封裝事業(yè)部高級研發(fā)總監(jiān)Ian Dennison指出，“標價需要降到200美元或更低…仿佛又是一場淘金熱…這個領域有很多初創(chuàng)公司，吸引了大量的投資。而其魅力的部分原因在于它混合了各種各樣的硅設計技術：CMOS，硅光子學，硅MEMS等。不同的參與者對技術組合持有著不同的看法?！?/p>

Dennison同時指出激光雷達有著出色的深度分辨率技術， “這對于自動駕駛汽車的表征具有很大的好處， 這是激光雷達真正的殺手锏?！?/p>

殊途同歸

激光雷達的發(fā)展也推動了對用氮化鎵和其他特種半導體材料制造的高電流、高頻、低電阻、低電容功率晶體管的需求。

部分專家由于MEMS器件具有移動部件而認為它們不是固態(tài)元件，一些激光雷達供應商也已經(jīng)由MEMS而轉向相控陣。

“不同的人采取不同的方法，”Cadence的Dennison表示，“硅光子學非常適合像激光雷達這樣的、基于光的應用。如果你可以使用光子學來操縱光線，那么你已經(jīng)開始研究一種不企圖跟上光頻率的解決方案——使用原始光線的方案。

Dennison指出，將MEMS與光子學、CMOS芯片相結合代表了協(xié)同設計的領域， “這就是混合技術。”

投資熱潮

激光雷達的可觀前景也引發(fā)著投資熱潮。該系統(tǒng)的三家主要供應商都位于硅谷——Velodyne LiDAR，Quanergy Systems和Cepton Technologies，這三家都在過去一年中擴大了業(yè)務范圍。

這些公司在為大型汽車制造商及其一級供應商開發(fā)成熟的激光雷達系統(tǒng)的同時，也面臨著來自資金雄厚的初創(chuàng)公司的競爭挑戰(zhàn)。Aurora Innovation剛剛獲得了由Greylock Partners和Index Ventures共同領投的A輪融資9000萬美元；密歇根州的May Mobility從BMW i Ventures和Toyota AI Ventures獲得了1150萬美元的種子資金；位于西雅圖的SEEVA Technologies從Revolution's Rise of the Rest Seed Fund和其他投資者那里獲得了200萬美元。正在開發(fā)自動駕駛運載工具的Nuro，最近公布從Banyan Capital和Greylock Partners獲得了A輪融資9200萬美元。加拿大魁北克市的LeddarTech去年獲得了由Osram領投的C輪融資1.01億美元，其中的投資者包括Delphi Automotive、Magneti Marelli和Integrated Device Technology。

“我們認為市場需要兩樣東西，” Velodyne（總部位于加利福尼亞州圣何塞市）首席技術官Anand Gopalan表示，“機器人軸的高性能傳感器和ADAS（自動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）應用的小型傳感器?！?但他也將工業(yè)應用視為激光雷達系統(tǒng)、無人機和測繪的快速增長市場。

“測繪市場將繼續(xù)發(fā)展壯大，”他表示， “我們的重點將從簡單地提供高清地圖轉向提供可實現(xiàn)自動駕駛的高清地圖。可以預見，具有360°視野和真正精確的激光雷達的交互式測繪市場是非常重要的，因為這樣可以拍攝出高清晰度的地圖，我們相信該領域將會繼續(xù)得到大力發(fā)展。人們正在全面地發(fā)現(xiàn)激光雷達的許多有趣用途，例如區(qū)域測繪?？偟膩碚f，激光雷達作為一個領域，能實現(xiàn)多種多樣的新型應用是令人興奮的。當然，在ADAS領域，激光雷達已成為大多數(shù)ADAS系統(tǒng)的一種模式：全世界的電動汽車和ADAS項目都在使用激光雷達?！?/p>

當?shù)缆飞嫌蟹e雪覆蓋了車道標記而使計算機視覺系統(tǒng)難以工作時，激光雷達的作用則更加得以凸顯。

Velodyne的激光雷達模塊（資料來源：Velodyne）

根據(jù)Velodyne首席技術官的闡述，開發(fā)汽車級激光雷達的一大挑戰(zhàn)是環(huán)境問題，例如如何在105°C、高達150°C、或低至-40°C的溫度條件下工作。該挑戰(zhàn)對汽車應用至關重要，而汽車應用又將推動其他應用和功能的發(fā)展。

“當激光雷達被投入應用時，也意味著在其背后有著越來越多的智能模塊為其提供高級功能，如本地化或對象跟蹤功能。激光雷達中的計算量也在不斷增加。在接下來的幾年中，內(nèi)嵌智能模塊的傳感器領域將出現(xiàn)更多有趣的產(chǎn)品，“Gopalan表示。

Quanergy首席執(zhí)行官Louay Eldada也對激光雷達市場的迅猛發(fā)展趨勢表示認同。 “這是真的。我們可以更坦然地應對質疑，“他表示，“我們的業(yè)務在汽車安全、工業(yè)自動化以及無人機進行地面和航空測繪等方面都取得了可喜的成績?！?/p>

Quanergy采用光學相位陣列制造固態(tài)激光雷達產(chǎn)品。根據(jù)Eldada的闡述，他們的目標是將激光雷達片上系統(tǒng)設備的價格降至100美元， “激光雷達是第4級必備的主要傳感器。我們希望為汽車行業(yè)提供支持?！?/p>

Quanergy的固態(tài)激光雷達傳感器（資料來源：Quanergy）

目前從事激光雷達業(yè)務的公司約有50家，未來幾年該領域將會出現(xiàn)優(yōu)勝劣汰。但從短期來看，新公司仍在崛起。Cepton Technologies成立于2016年，該公司的工程副總裁Mark McCord表示，他的團隊正致力于汽車應用中的遠程傳感器，并預計在今年下半年推出汽車級產(chǎn)品。

Cepton業(yè)務開發(fā)總監(jiān)Wei Wei表示，在激光雷達市場的50家公司中，只有不到5家能夠提供200米或距離更遠的激光雷達系統(tǒng)。他認為，到今年年底，更多的汽車制造商將向市場推出自家最先進的汽車產(chǎn)品。

結語

就汽車電子而言，激光雷達市場仍處于初期階段；但這項技術的市場正在跨越單一的垂直市場而蓬勃發(fā)展著。測繪已經(jīng)成為激光雷達技術的重要應用，傳感器在無人機和機器人領域的應用也前景明朗。

考慮到這項技術的概念在幾年前還很模糊，目前的階段已經(jīng)取得了很大的進步。而隨著價格的不斷下降，激光雷達技術無疑將出現(xiàn)在更多的應用領域中，真正迅猛的發(fā)展階段即將到來，讓我們翹首以待。