FMCW和TOF在車載雷射雷達中各有什麼優勢?

2020-12-06 電子發燒友

FMCW和TOF在車載雷射雷達中各有什麼優勢？

胡薇 發表於 2018-09-07 15:03:03

今年3月，寶馬風險投資領投了一家雷射雷達初創公司B輪融資，一起的還有豐田AI風險投資公司。

這家名為Blackmore（布萊克莫爾）的雷射雷達初創公司希望能夠改變過去傳統測速雷射雷達只能提供間接速度數據的局限。

目前的雷射雷達大多使用「飛行時間-TOF」技術，發射出離散的光脈衝，測量它們從最近的物體上彈回並返回需要多長時間。然後，他們使用這些數據來建立一個車輛周圍的三維地圖信息。

布萊克莫爾使用所謂的「調頻連續波-FMCW」裝置（也稱為相干測距），發射一束長而穩定的光束。（光線在1550納米的範圍內，相比於905納米，其對人眼是看不見的、無害的。）這種方法讓公司的雷射雷達傳感器不僅可以測量光返回需要多長時間，還可以測量光返回時的頻率。

FMCW雷射雷達獲得的信號的處理可以通過「嵌入式處理硬體」來處理，這同樣有助於降低系統的成本。目前，布萊克莫爾的雷達射程大於200米，速度測量±150m/s，解析度為0.2m/s。

FMCW可以做到頻率會根據前方移動物體的速度而改變：如果他向車輛走來，頻率會升高；如果他和車輛同方向行走，頻率會降低。

但是，布萊克莫爾這樣的都卜勒雷射雷達有一個盲點：它不能探測任何垂直於雷射束運動的物體速度。考慮到行人往往過馬路的方式，這有點令人擔憂。

2017年，通用汽車收購的雷射雷達公司Strobe採用的也是FMCW技術路徑。在國內，也有一家採用類似技術的公司（愛萊達科技），去年7月份成立，11月獲得了百度和華登1800萬融資，估值過億。

對於目前市場主流的TOF雷達，愛萊達科技創始人潘衛清指出了其存在的一些問題，比如抗幹擾，強光條件、惡劣天氣下的性能受限，探測距離有限等。

車載雷射雷達領域內，目前已經推出市場的產品大多數使用的都是905nm波長，在各個公司的產品說明書中，對於雷射雷達的安全性說明也不統一。

業內人士表示，905nm的雷射雷達在技術以及整個產業鏈上，都相對成熟，但在安全性上存在一定的隱患。雷射雷達在惡劣環境下，傳輸距離以及效果會大打折扣，傳輸的距離也不夠遠（實際效果，並非企業標稱的數據，目前市面上的雷射雷達廠商的指標大多數都是在良好的天氣環境下測試的數據）。

造成這一結果的，與其工作的功率大小有關。理論上而言，功率越大，傳輸的距離就更遠，但功率變大後穩定性較難控制，同時安全隱患也會增加。目前的安全法規，將雷射雷達發射器的功率普遍限制在了5mw以下。

國內傳統雷射雷達製造商也在布局。目前，鐳神智能也在研發1550nm的雷射雷達，其最新的1550nm雷達用脈衝光纖雷射器為自主研發，包含有三個型號LFP-1550-600，LFP-1550-1000，LFP-1550-2000。

系統均工作在1550nm下，區別在於不同的平均輸出功率，三個型號的平均輸出功率最小依次為0.6w、1w、2w，這個數值也是可以調的，功率穩定性（t>8h）表現為小於3%，在業內屬於領先。

主打1550nm雷射雷達的Luminar公司曾表示：「傳統技術上，1550nm波長系統的大規模生產會導致成本的大幅提高，在生產成本中僅原材料一項就高達上千美元。」

為了解決這個問題，Luminar公司將系統進行晶片級的升級，而不是購買現成的組件，通過開發自有雷射器和接收器，在減低成本的同時使得1550nm系統正常工作。

FMCW雷射雷達技術在消除幹擾，提高遠程性能，並支持距離和速度數據方面，的確已經成為市場關注的焦點，現在就是等待成本下降。

當然，現實來看，汽車主機廠都在做兩手準備。

主打905nm技術路線的Innoviz，就在今年獲得了來自寶馬的訂單。後者計劃在2021年推出的自動駕駛汽車使用Innoviz提供的固態LiDAR傳感器。

因為雷射雷達真正實現商業化，首先需要大幅降低成本。相比1550nm，905nm具備成本優勢。當然，Innoviz也表示，已經開發了相關解決方案，可以使905nm雷射器保持人眼安全的同時提高探測距離，但並未透露更多細節。

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