事實(shí)恰恰相反!
在ToF系統(tǒng)和FMCW系統(tǒng)中都會(huì)出現(xiàn)偽影。這可能包括反射器異常,例如“光環(huán)”、“殼”、第一表面反射(在擋風(fēng)玻璃后發(fā)生甚至更糟)、離軸空間旁瓣、多路徑和雜波。決定激光雷達(dá)性能的關(guān)鍵在于在空間域(良好的光學(xué)器件)和波形時(shí)域中抑制旁瓣。ToF和FMCW系統(tǒng)在空間行為上具有可比性,但是當(dāng)存在高對(duì)比度目標(biāo)時(shí),F(xiàn)MCW真正遭受的損失來自于波形時(shí)域。
雜波:FMCW系統(tǒng)依靠基于窗函數(shù)的旁瓣抑制來解決自干擾(雜波),該干擾遠(yuǎn)不如沒有旁瓣的ToF系統(tǒng)健壯。為了提供背景信息,一束10微秒的FMCW脈沖可以在1.5公里范圍內(nèi)徑向傳播。在此范圍內(nèi),任何對(duì)象都將陷入快速傅里葉變換(時(shí)間)旁瓣。即使是更短的1微秒FMCW脈沖也可能會(huì)被150米外的高強(qiáng)度雜波破壞。第一個(gè)矩形窗口快速傅里葉變換(FFT)的旁瓣是大家所知的-13dB,遠(yuǎn)高于獲得優(yōu)質(zhì)點(diǎn)云所需要的水平。
當(dāng)然,可以采用更深的旁瓣錐度,但是會(huì)犧牲脈沖展寬。此外,接收機(jī)前端的非線性(所謂無寄生動(dòng)態(tài)范圍)將限制整體系統(tǒng)能達(dá)到的有效旁瓣水平,這是由于:壓縮和模數(shù)轉(zhuǎn)換(ADC)雜散(三階截距)、相位噪聲和大氣相位調(diào)制等,這些都無法減輕窗口錐度。航空航天和國(guó)防系統(tǒng)當(dāng)然可以克服這些限制,但用于汽車的系統(tǒng)成本相對(duì)低,也必須能夠在超過100db的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)從近距離后向反射鏡中分揀出遠(yuǎn)距離小物體,這在FMCW系統(tǒng)中會(huì)出現(xiàn)。
相比之下,典型的高斯ToF系統(tǒng)在2納秒的脈沖持續(xù)時(shí)間下,除了脈沖持續(xù)時(shí)間本身產(chǎn)生的幾厘米以外,沒有任何基于時(shí)間的旁瓣。當(dāng)捕獲小目標(biāo)時(shí),小偏移和大偏移回波之間的動(dòng)態(tài)范圍都不會(huì)對(duì)入射到光電探測(cè)器上的光產(chǎn)生任何影響。我們邀請(qǐng)激光雷達(dá)系統(tǒng)評(píng)估人員親自檢查ToF激光雷達(dá)與FMCW激光雷達(dá)在不同駕駛條件下的點(diǎn)云質(zhì)量。FMCW激光雷達(dá)系統(tǒng)中大量潛在的旁瓣會(huì)導(dǎo)致偽影,這些偽影不僅會(huì)影響局部距離樣本,還會(huì)影響給定脈沖的整個(gè)返回波形!
第一表面(例如,F(xiàn)MCW激光雷達(dá)安裝在擋風(fēng)玻璃后面或其它第一表面):潛在更強(qiáng)的干擾源是由擋風(fēng)玻璃或激光雷達(dá)系統(tǒng)其它第一表面引起的反射。就像發(fā)射光束連續(xù)不斷地反射一樣,相對(duì)于遠(yuǎn)處的物體,反射將是連續(xù)非常強(qiáng)烈的,代表了一種類似的低頻分量,該低頻分量會(huì)在轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生不良的FFT旁瓣,還可能會(huì)大大降低可用動(dòng)態(tài)范圍。此外,擋風(fēng)玻璃作為在機(jī)械應(yīng)力下的多層玻璃,具有復(fù)雜的不均勻極化。這使返回到光電探測(cè)器的信號(hào)電場(chǎng)隨機(jī)化,提高了光學(xué)混合復(fù)雜度(去相干)。
最后,由于時(shí)域處理與頻域處理的性質(zhì)不同,即使在高動(dòng)態(tài)范圍的情況下,多回波處理在ToF系統(tǒng)也是直接完成的。而FMCW系統(tǒng)則需要非常明確的指示。多回波處理在處理煙霧、蒸汽和霧氣等掩蔽物時(shí)尤其重要。
主張5:FMCW激光雷達(dá)是汽車級(jí)的,又可靠又易于擴(kuò)展
未經(jīng)證實(shí)。
FMCW激光雷達(dá)聲稱具有以下優(yōu)勢(shì):憑借光子學(xué)和電信技術(shù)的成熟度,更容易達(dá)到更高性能(節(jié)省成本除外)。的確,F(xiàn)MCW激光雷達(dá)允許使用低成本的光電探測(cè)器(例如PIN),而ToF激光雷達(dá)通常使用雪崩光電二極管(APD)和其它更昂貴的探測(cè)器。
激光雷達(dá)元器件的供應(yīng)鏈尚處于起步階段,但是諸如光纖激光器、PIN陣列接收器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)之類的元件已在各個(gè)行業(yè)應(yīng)用多年。從基本的供應(yīng)鏈角度來看,這些特定類型的元件風(fēng)險(xiǎn)非常低。相比之下,F(xiàn)MCW激光雷達(dá)系統(tǒng)的關(guān)鍵元件是普及率非常低的相位噪聲激光器,要求嚴(yán)格,沒有其他批量用戶幫助降低批量制造成本。
ToF激光雷達(dá)系統(tǒng)使用的光學(xué)元件是廣泛應(yīng)用于商業(yè)系統(tǒng)(有線電視、電信、醫(yī)療儀器和其它行業(yè))中常規(guī)元件的衍生產(chǎn)品。MEMS技術(shù),幾乎存在于每輛汽車中的安全氣囊和壓力傳感器,以及軍事領(lǐng)域的Gatlin槍、導(dǎo)彈導(dǎo)引頭和激光諧振器Q開關(guān)等,現(xiàn)在也被用于激光雷達(dá)。FMCW系統(tǒng)中的元件已經(jīng)存在于實(shí)驗(yàn)室多年,但還沒出現(xiàn)批量生產(chǎn)系統(tǒng)完成其所需元件的制造,如頻率捷變長(zhǎng)相干長(zhǎng)度二極管激光器。
此外,ToF激光雷達(dá)所需的車規(guī)級(jí)元件(激光器、探測(cè)器、ASIC等)供應(yīng)商相對(duì)較多。從歷史上看,一項(xiàng)突破性技術(shù)(例如FMCW激光源)必須付出十倍的功夫才能擁有強(qiáng)大的供應(yīng)鏈。
可擴(kuò)展性與成熟度直接相關(guān)。一種描述技術(shù)成熟度的方法由美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)制定,稱為“技術(shù)就緒指數(shù)”(TRL)。該方案將技術(shù)成熟度分為9個(gè)等級(jí),從技術(shù)萌芽狀態(tài)(TRL 1)到成功部署于多項(xiàng)任務(wù)(TRL 9)進(jìn)行編號(hào)。這種編號(hào)方案并未說明從一個(gè)級(jí)別到另一個(gè)級(jí)別要進(jìn)行多少工作,但是我們的經(jīng)驗(yàn)是,每個(gè)級(jí)別之間至少存在因子為10甚至100的差異。