FMCW的激光雷達又分相位調變和頻率調變兩種,其中頻率調變即FMCW比較常見。FMCW 激光雷達發(fā)射調頻連續(xù)激光,通過回波信號與參考光進行相干拍頻得到頻率差,從而間接獲得飛行時間反推目標物距離,同時也能夠根據(jù)多普勒頻移信息直接測量目標物的速度,其技術發(fā)展方向為利用硅基光電子技術實現(xiàn)激光雷達系統(tǒng)的芯片化。
目前已有的以TOF為技術路線的激光雷達公司數(shù)量眾多當屬主流,但FMCW也以其優(yōu)勢備受期待,甚至被認為是下一代激光雷達技術。從國外企業(yè)來看,目前以FMCW為技術路線,或將FMCW技術應用到車載激光雷達領域的企業(yè)包括Insight、Aeva、Blackmore(被Aurora收購)、SiLC等,國內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中表示公司也打算涉略FMCW 激光雷達芯片化解決方案。
3)三角法
三角法,入射光和反射光構成一個三角形,對光斑位移的計算運用了幾何三角定理,故該測量法稱為激光三角測距法,適合短距離測量,多用于單線二維激光雷達。思嵐科技的RPLIDAR A3三角測距激光雷達已能達到25米的測距范圍,突破了曾經業(yè)內曾認為三角測距雷達因為自身原理難以突破20米以上的實用化測距。
2、掃描方式
根據(jù)光束操作的掃描方式分,包括機械式激光雷達、固態(tài)激光雷達(MEMS、OPA、Flash)。按照目前產業(yè)發(fā)展情況來看,MEMS和Flash技術更受激光雷達廠商的青睞,有望逐步取代機械式激光雷達。
機械式激光雷達通過電機帶動收發(fā)陣列進行整體旋轉,實現(xiàn)對空間水平360°視場范圍的掃描。測距能力在水平360°視場范圍內保持一致。最早布局機械式激光雷達的是Velodyne公司,就是借此獲得先發(fā)優(yōu)勢的。
由于傳統(tǒng)機械式激光雷達在整車廠前裝量產環(huán)節(jié)難以滿足車規(guī),固態(tài)激光雷達技術路線開始被重視,布局了新技術路線的企業(yè)開始得到整車廠的青睞,如國外的Luminar,國內的速騰聚創(chuàng)、禾賽科技、圖達通以及覽沃科技均得到了主機廠的前裝定點項目。
Robosense供圖
1)MEMS
固態(tài)激光雷達技術中,第二代激光雷達的核心光束操縱元件為MEMS微振鏡,大大減少了激光雷達的尺寸, 減少激光器和探測器數(shù)量,極大地降低成本,具有高性能、穩(wěn)定可靠、易于生產制造等優(yōu)點,兼顧車規(guī)量產與高性能的需求。但同時存在激光功率較低、有效距離較短、擺動角度相對較窄等技術難點。
近期,車規(guī)級MEMS激光雷達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激光雷達的速騰聚創(chuàng)已經獲得包括北美車企在內的多家車企定點訂單。MEMS的成熟,逐漸成為目前市場的主流。
2)FLASH
Flash激光雷達具有低時延、高分辨率顯著特點,特別適合于高速行駛路況下中遠距離的激光雷達探測,是目前唯一的非掃描式激光雷達,能夠達到最高等級的車規(guī)要求,被視為最終的主流技術路線。但功率密度太低,導致其有效距離一般難以超過50米,分辨率也比較低。
Flash 激光雷達的激光發(fā)射端是 VCSEL 陣列,其功率密度遠不如傳統(tǒng)的激光二極管,致使產品性能太差,一旦突破這個瓶頸,F(xiàn)lash 激光雷達即可橫掃市場。目前市場公開報道能夠提供車規(guī)級固體激光光源的是西安炬光科技的AL01系列光源,可實現(xiàn)1064 nm/1.5 mJ/3 ns/單脈沖能量輸出,重復頻率30-50H。
3)OPA
OPA激光雷達無需任何機械部件就可可以實現(xiàn)對光束的操縱,具有掃描速度快、精度高、可控性好、抗振性能好、體積小、量產一致性高、本更低等優(yōu)點,一度被業(yè)界看好。但易形成旁瓣效應,光信號覆蓋有限、環(huán)境光干擾、測距較短,且加工難度較高。最近專注固態(tài) OPA 技術的國外激光雷達公司Quanergy 與中信資本收購公司(NYSE:CCAC)達成最終業(yè)務合并協(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品的量產時間和最遠測距范圍。
FMCW 激光雷達需要昂貴的飛秒級激光發(fā)生器,成本太高,目前技術成熟度不高,但隨著激光雷達朝固態(tài)發(fā)展,F(xiàn)MCW或將異軍突起。
3、探測器
按照探測器來分,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/線陣/面陣。
APD為典型的光電轉換模塊,技術較為成熟。SPAD陣列效率比傳統(tǒng)APD高,可實現(xiàn)低激光功率下的遠距離探測能力。目前,SiPM和SPAD正成為新興的激光雷達探測器。SiPM和 SPAD可探測距離超過200 m、5%的低反射率目標,在明亮的陽光下也能工作,分辨率極佳,且盡可能小的光圈和固態(tài)設計實現(xiàn)緊湊的系統(tǒng)集成到汽車中,并極具成本優(yōu)勢。
4、線束
根據(jù)雷達線束,可分為單線激光雷達和多線激光雷達。
多線激光雷達是由多個發(fā)射器和接收器組成,通過電機的旋轉,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。一般多線激光雷達設計為2的指數(shù)級,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,對應的工作場景也不同。