FMCW的激光雷達(dá)又分相位調(diào)變和頻率調(diào)變兩種,其中頻率調(diào)變即FMCW比較常見(jiàn)。FMCW 激光雷達(dá)發(fā)射調(diào)頻連續(xù)激光,通過(guò)回波信號(hào)與參考光進(jìn)行相干拍頻得到頻率差,從而間接獲得飛行時(shí)間反推目標(biāo)物距離,同時(shí)也能夠根據(jù)多普勒頻移信息直接測(cè)量目標(biāo)物的速度,其技術(shù)發(fā)展方向?yàn)槔霉杌怆娮蛹夹g(shù)實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)系統(tǒng)的芯片化。
目前已有的以TOF為技術(shù)路線的激光雷達(dá)公司數(shù)量眾多當(dāng)屬主流,但FMCW也以其優(yōu)勢(shì)備受期待,甚至被認(rèn)為是下一代激光雷達(dá)技術(shù)。從國(guó)外企業(yè)來(lái)看,目前以FMCW為技術(shù)路線,或?qū)MCW技術(shù)應(yīng)用到車(chē)載激光雷達(dá)領(lǐng)域的企業(yè)包括Insight、Aeva、Blackmore(被Aurora收購(gòu))、SiLC等,國(guó)內(nèi)蘇州摯感光子不久前也已完成了A輪融資,禾賽科技也在其招股書(shū)中表示公司也打算涉略FMCW 激光雷達(dá)芯片化解決方案。
3)三角法
三角法,入射光和反射光構(gòu)成一個(gè)三角形,對(duì)光斑位移的計(jì)算運(yùn)用了幾何三角定理,故該測(cè)量法稱(chēng)為激光三角測(cè)距法,適合短距離測(cè)量,多用于單線二維激光雷達(dá)。思嵐科技的RPLIDAR A3三角測(cè)距激光雷達(dá)已能達(dá)到25米的測(cè)距范圍,突破了曾經(jīng)業(yè)內(nèi)曾認(rèn)為三角測(cè)距雷達(dá)因?yàn)樽陨碓黼y以突破20米以上的實(shí)用化測(cè)距。
2、掃描方式
根據(jù)光束操作的掃描方式分,包括機(jī)械式激光雷達(dá)、固態(tài)激光雷達(dá)(MEMS、OPA、Flash)。按照目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況來(lái)看,MEMS和Flash技術(shù)更受激光雷達(dá)廠商的青睞,有望逐步取代機(jī)械式激光雷達(dá)。
機(jī)械式激光雷達(dá)通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)收發(fā)陣列進(jìn)行整體旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)空間水平360°視場(chǎng)范圍的掃描。測(cè)距能力在水平360°視場(chǎng)范圍內(nèi)保持一致。最早布局機(jī)械式激光雷達(dá)的是Velodyne公司,就是借此獲得先發(fā)優(yōu)勢(shì)的。
由于傳統(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá)在整車(chē)廠前裝量產(chǎn)環(huán)節(jié)難以滿足車(chē)規(guī),固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)路線開(kāi)始被重視,布局了新技術(shù)路線的企業(yè)開(kāi)始得到整車(chē)廠的青睞,如國(guó)外的Luminar,國(guó)內(nèi)的速騰聚創(chuàng)、禾賽科技、圖達(dá)通以及覽沃科技均得到了主機(jī)廠的前裝定點(diǎn)項(xiàng)目。
Robosense供圖
1)MEMS
固態(tài)激光雷達(dá)技術(shù)中,第二代激光雷達(dá)的核心光束操縱元件為MEMS微振鏡,大大減少了激光雷達(dá)的尺寸, 減少激光器和探測(cè)器數(shù)量,極大地降低成本,具有高性能、穩(wěn)定可靠、易于生產(chǎn)制造等優(yōu)點(diǎn),兼顧車(chē)規(guī)量產(chǎn)與高性能的需求。但同時(shí)存在激光功率較低、有效距離較短、擺動(dòng)角度相對(duì)較窄等技術(shù)難點(diǎn)。
近期,車(chē)規(guī)級(jí)MEMS激光雷達(dá)解決方案提供商一徑科技完成了億元B輪融資,而且更早布局MEMS激光雷達(dá)的速騰聚創(chuàng)已經(jīng)獲得包括北美車(chē)企在內(nèi)的多家車(chē)企定點(diǎn)訂單。MEMS的成熟,逐漸成為目前市場(chǎng)的主流。
2)FLASH
Flash激光雷達(dá)具有低時(shí)延、高分辨率顯著特點(diǎn),特別適合于高速行駛路況下中遠(yuǎn)距離的激光雷達(dá)探測(cè),是目前唯一的非掃描式激光雷達(dá),能夠達(dá)到最高等級(jí)的車(chē)規(guī)要求,被視為最終的主流技術(shù)路線。但功率密度太低,導(dǎo)致其有效距離一般難以超過(guò)50米,分辨率也比較低。
Flash 激光雷達(dá)的激光發(fā)射端是 VCSEL 陣列,其功率密度遠(yuǎn)不如傳統(tǒng)的激光二極管,致使產(chǎn)品性能太差,一旦突破這個(gè)瓶頸,F(xiàn)lash 激光雷達(dá)即可橫掃市場(chǎng)。目前市場(chǎng)公開(kāi)報(bào)道能夠提供車(chē)規(guī)級(jí)固體激光光源的是西安炬光科技的AL01系列光源,可實(shí)現(xiàn)1064 nm/1.5 mJ/3 ns/單脈沖能量輸出,重復(fù)頻率30-50H。
3)OPA
OPA激光雷達(dá)無(wú)需任何機(jī)械部件就可可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光束的操縱,具有掃描速度快、精度高、可控性好、抗振性能好、體積小、量產(chǎn)一致性高、本更低等優(yōu)點(diǎn),一度被業(yè)界看好。但易形成旁瓣效應(yīng),光信號(hào)覆蓋有限、環(huán)境光干擾、測(cè)距較短,且加工難度較高。最近專(zhuān)注固態(tài) OPA 技術(shù)的國(guó)外激光雷達(dá)公司Quanergy 與中信資本收購(gòu)公司(NYSE:CCAC)達(dá)成最終業(yè)務(wù)合并協(xié)議,合并完成后, Quanergy將成為上市公司。在此之前也曾不斷地修正產(chǎn)品的量產(chǎn)時(shí)間和最遠(yuǎn)測(cè)距范圍。
FMCW 激光雷達(dá)需要昂貴的飛秒級(jí)激光發(fā)生器,成本太高,目前技術(shù)成熟度不高,但隨著激光雷達(dá)朝固態(tài)發(fā)展,F(xiàn)MCW或?qū)愜娡黄稹?
3、探測(cè)器
按照探測(cè)器來(lái)分,有雪崩光電二極管APD、單光子雪崩二極管SPAD、硅光電培增管 SiPM以及單點(diǎn)/線陣/面陣。
APD為典型的光電轉(zhuǎn)換模塊,技術(shù)較為成熟。SPAD陣列效率比傳統(tǒng)APD高,可實(shí)現(xiàn)低激光功率下的遠(yuǎn)距離探測(cè)能力。目前,SiPM和SPAD正成為新興的激光雷達(dá)探測(cè)器。SiPM和 SPAD可探測(cè)距離超過(guò)200 m、5%的低反射率目標(biāo),在明亮的陽(yáng)光下也能工作,分辨率極佳,且盡可能小的光圈和固態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)緊湊的系統(tǒng)集成到汽車(chē)中,并極具成本優(yōu)勢(shì)。
4、線束
根據(jù)雷達(dá)線束,可分為單線激光雷達(dá)和多線激光雷達(dá)。
多線激光雷達(dá)是由多個(gè)發(fā)射器和接收器組成,通過(guò)電機(jī)的旋轉(zhuǎn),獲得多條線束,線數(shù)越多物體表面輪廓越完善,所以處理的數(shù)據(jù)量越大,硬件要求更高。一般多線激光雷達(dá)設(shè)計(jì)為2的指數(shù)級(jí),可分為4線、8線、16線、32線、64線和128線之分,不同的線束采集到的信息不同,對(duì)應(yīng)的工作場(chǎng)景也不同。