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激光雷达是什么?

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发表于 2017-11-3 16:38:42 | 显示全部楼层 |阅读模式
激光雷达继续取得进展。门罗说:“激光雷达也在经历成本削减、向固态和新的连续波形的变化。”

激光雷达与自动驾驶有关,但它并不局限于这些应用。“你正在发现激光雷达被应用融合了摄像头和雷达的ADAS车上,”激光雷达供应商的首席技术官Anand Gopalan说。

这项技术不同于雷达。Gopalan说:“在激光雷达中,你正在发射一系列的光脉冲,并测量飞行时间的飞行时间。”“你正在创造一个三维的,高分辨率的地图,你周围的世界。”

激光雷达有各种各样的技术挑战。它也很昂贵,有几个移动部件,但这已经开始改变了。一般来说,摄像头的售价为30美元,而激光雷达的售价为3000美元,但据据Yole说,一些激光雷达系统正在向300美元的价位下移动。

根据弗罗斯特和沙利文的说法,有三种方法分别是:机械、MEMS和混合固态。根据该公司的说法, MEMS激光雷达被用于高端工业市场,而基于记忆的解决方案正在兴起。

随后,许多公司都在致力于更小型、更紧凑的固态激光雷达系统。固态激光雷达几乎没有任何移动部件。


图5:光差的激光雷达系统

激光雷达使用了几个关键部件,即激光二极管、光电探测器和处理元件。

使用激光二极管,激光以90纳米波长的形式发射光脉冲。根据弗罗斯特和苏利文的说法,激光发射了100万光子,但问题是只有一个光子返回到系统中。

因此,激光雷达的制造者们吸收了几束激光,有时多达64个,以增加光子的数量。根据该公司的说法,发送十亿光子的激光会产生1000个返回的光子。一旦光子发射出去,它们就会反弹。然后,光电探测器感知并捕捉在一个狭窄或360度视野范围内的返回信号。阳光和天气条件可能会影响探测器的信噪比。

计算给定对象的距离,然后处理数据。“你有复杂的信号处理,它发生在像FPGA或处理器这样的更密集的处理元素中,”Velodyne’s Gopalan 说。

未来,目标是集成更多的功能以降低成本。“我们正在使用我们自己的ASIC技术,将大量的功能整合到一组ASICs中。这允许更紧密的整合,更小的形式因素,以及成本削减,”Gopalan说。“我们不相信在不久的将来,你将会有一块硅,它拥有整个激光雷达,但它将会非常接近于这一点。”你将看到一个高度集成的多芯片模块,它将具有完全功能的激光雷达。”

其他组件也在朝着激光雷达的更多集成方向发展,比如激光二极管驱动。这部分为激光二极管提供电流。

例如,Velodyne使用的是基于高效功率转换(EPC)的镓-氮化镓(GaN)技术的激光二极管驱动芯片。据电子产品公司的首席执行官Alex Lidow说,转换速度比硅快100倍。

GaN 是用于发电、激光点火和控制的。Lidow说:“由于GaN 的快速转换速度、高电压和高电流能力,激光发送的光子包可以更短,每一个脉冲都有更多的光子。”“因此,激光雷达系统可以在有更大的分辨率,同时创造一个更快速的周边环境。”

他说,有许多方法可以驱动激光二极管,但是有两种主要类型的电容式放电(CD)和FET控制。基于锰的激光二极管驱动器的总成本不到激光雷达系统总成本的5%。他说:“GaN 式晶体管已经被GaN 集成电路所取代,这种集成电路降低了系统成本,提高了性能。”“随着系统成本的下降,GaN 成本将会下降。”

在Episil的工艺制造基础上,EPC公司的激光二极管驱动程序基于350纳米工艺。它计划随着时间的推移迁移到130纳米。

另一个关键部件是光电二极管,它是一种将光转化为电流的半导体器件。对于激光雷达来说,有四种主要的光电二极管类型——光电接收二极管、雪崩光电二极管(APD)、单光子雪崩二极管(SPADs)和硅光电倍频器(SiPMs)。

Gopalan说:“探测器技术的选择可能会根据波长的选择而变化。”“在905nm区域,硅APDs仍然是最可靠和最可靠的技术,在增益和提供最优信噪比的能力方面。SiPMs继续显示出了希望,但是他们在激光雷达系统层面上的优势仍然有待证明。”

那么,这一切将如何在未来发挥作用呢?摄像头、激光雷达和雷达可能会共存。“我们认为,你不会看到任何一种非此即彼的解决情况。”他继续补充说:“雷达可以继续补充和增强激光雷达提供的信息,而且你未来会看到摄像头将作为第三种形式的传感器。”

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