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固态激光雷达,用技术变革撑起自动驾驶的未来

2018-09-26

  自從自動駕駛到來,人與車的關系發生了微妙的變化,從控制方向盤到放手,也僅僅過了半個世紀而已。2007 年 11 月 3 日,6 輛汽車成功地在模擬城市環境的測試場完成了自動駕駛測試,全程都沒有違反的交通法規。值得一提的是,這 6 輛車里,有 5 輛都搭載了新型激光雷達(LiDAR)傳感器。

  根據法國市場調研機構Yole Developpement的預測,全球激光雷達市場應用規模將在2023年達到63億美元,而其中,包括ADAS及自動駕駛在內的市場規模將達到52億,成為激光雷達的核心目標市場。

  成就自動駕駛的未來,激光雷達面臨技術變革的壓力

  激光雷達作為高級別無人駕駛必須的核心部件,正愈來愈引起人們的注意。但是,汽車制造商要實現自動駕駛汽車的傳感器到云的愿景,至少要在三個方面取得突破。具體說來,自動駕駛技術必須:

  在開放道路上比人類駕駛要可靠好幾倍;

  小到足以集成到汽車設計中,從視野中消失;

  成本只占目前的一小部分。

  而推動激光雷達激光檢測系統的技術進步對克服上述三個障礙將大有裨益。這正是像谷歌以及ADI等這種具冒險精神的創新者所要做的,他們希望重大技術發現和有針對性的變革,加上關鍵領域的現有穩定的核心競爭力,準備將激光雷達裝進汽車。此外,激光雷達系統還將賦能其他眾多領域中的自主機器,例如機器人、無人機送貨服務、貨船和聯合收割機,以及難以想象的帶精密姿勢識別的3D游戲和新用戶接口。

  激光雷達是利用激光進行探測和測距技術的簡稱,除了需要激光發射器,這一系統還需要有一個高精度的接收器。由于能通過獨特的方法提供被探測物體的三維影像,所以激光雷達主要被用于測量與固定或移動物體間的距離。

  與雷達和攝像頭一起,激光雷達完善了至關重要的汽車目標識別技術。激光檢測技術填補了雷達和攝像頭兩種技術之間的關鍵能力空白,這就是為什么大多數自動駕駛試點項目都使用激光雷達的原因。事實上,到2020年,激光雷達傳感器系統的市場規模預計將激增到9.443億美元,是2015年3.098億美元市場規模的三倍多,這在很大程度上要歸功于汽車行業。

  像雷達一樣,激光雷達能在黑暗中和大多數天氣條件下工作。與攝像頭系統不同的是,掃描激光可以提供道路上物體尺寸和形狀的非常準確的圖像。然而,激光雷達系統目前價格昂貴、功耗高、產生的數據量大、體積大而且外形不美觀。所以目前道路上的大多數自動駕駛汽車都很容易被識別,因為車頂上安裝了笨拙的激光雷達系統。

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  目前許多汽車激光雷達的價格是汽車平均售價的兩倍多。此外,還有一個大問題是大多數激光雷達系統是為飛機上的自動駕駛系統和實驗項目而設計的,現在必須根據汽車行業的需求重新設計系統架構。

  技術變革撐起自動駕駛的未來

  作為傳統汽車電子技術方案提供商,近年來ADI公司一直在努力為汽車市場開發從傳感器到激光雷達的全面汽車電子系統。目標很簡單:制作激光雷達系統,使其在攝像頭和雷達無能為力時能夠足夠好地檢測物體,同時尺寸足夠小,成本足夠低,適用于商用汽車。ADI公司目前正在開發原型,并設法進一步提高性能和減小尺寸。

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  而ADI 公司收購美國Vescent Photonics公司的固態激光波束轉向技術是該公司具有里程碑意義的事件,ADI加大純固態激光雷達技術投入,進一步增強集成激光雷達系統的性能,志在以系統級最優的性能和最低的成本,促進激光雷達系統在自動駕駛中的普及應用,以更大范圍保障生命安全。

  業界普遍認為,與傳統機械掃描技術的雷達相比,利用固態激光雷達有很多優勢:

  1)結構簡單、尺寸小:由于不需要旋轉部件,可以大大壓縮雷達的結構和尺寸,提高使用壽命,并降低成本。

  2)標定簡單:機械式激光雷達由于光學結構固定,適配不同車輛往往需要精密調節其位置和角度,固態激光雷達可以通過軟件進行調節,大大降低了標定的難度。

  3)掃描速度快:不用受制于機械旋轉的速度和精度,固態激光雷達掃描速度取決于所用材料的電子學特性,一般都可以達到MHz量級。

  4)掃描精度高:固態激光雷達掃描精度取決于控制電信號的精度,可以達到千分之一度量級以上。

  5)可控性好:固態激光雷達光束指向完全由電信號控制,在允許的角度范圍內可以做到任意指向,可以在重點區域進行高密度的掃描。

  作為自主駕駛解決方案的關鍵支柱,ADI公司目前聚焦于固態激光雷達設計,其材料與計算機顯示器中掃描光線所用的材料相同,經濟有效的設計消除了常規產品中的活動部件,克服了當前成本高昂的問題,并提高了可靠性,同時在范圍、分辨率、幀速率和功耗等關鍵性能指標方面,也有一定的改善。

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  Radar+LiDAR+IMU——ADI未來自動駕駛的安全技術圖譜

  ADI作為高速放大器和數據采集領域的全球領先企業,而高性能放大器和數據采集對激光雷達而言是必不可少的關鍵技術,此外數字信號處理也很重要,它將激光雷達系統產生的數據洪流拼接成可理解的車身周圍世界三維視圖。這正是ADI公司50多年來不斷創新的領域。


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