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下一代激光雷达要来了?近期多家厂商推出FMCW技术方案

Hobby观察 来源:电子发烧友网 作者:梁浩斌 2023-10-21 01:11 次阅读

电子发烧友网报道(文/梁浩斌)今年我们可以发现不少厂商都展示了自家的FMCW激光雷达方案,包括发射和接收方面的器件等。FMCW是一种测距技术,相比于目前主流采用ToF测距的激光雷达,结构更简单,可靠性更高,且抗干扰能力极强,被认为是下一代固态激光雷达的核心技术之一。

ToF路线趋于成熟,FMCW换道出发

目前在市场上销售的激光雷达,基本都采用ToF测距。ToF也就是飞行时间,通过直接测量发射激光和回波信号的时间差计算出距离信息,探测精度高,响应速度快。这也是目前市场应用最广泛,最成熟的测距方式。

一般激光雷达由发射、接收、扫描三个核心结构组成,然后通过信号控制和处理模块对三个核心结构组成的部分进行控制,并将获取到的信息进行处理。

而ToF作为测距技术的一种,主要是关联到发射和接收两个部分。目前在各家激光雷达厂商的产品中,特别是自动驾驶激光雷达上,最主要的差异在光源和扫描方式上。比如图达通和Luminar、镭神等厂商选择使用1550nm的光纤激光器作为光源,这种光源成本更高,但对人眼更加安全,因此功率可以更高,探测距离可以更远。

光源方面在905nm的激光上,还有EEL和VCSEL的区别,这里就不展开赘述了。尽管光源的选择多种多样,但实际上采用的都是相同的测距原理,即使是纯固态的Flash激光雷达,只是发光源由单点变成阵列,不再通过相应的活动扫描部件对场景使用单点激光进行扫描。

而正是由于ToF路线在工程和技术上更容易实现,ToF激光雷达也就成为较早一批激光雷达公司所选择的方向,因此目前搭载激光雷达的量产车型上,均采用ToF激光雷达。

自2018年开始,多家激光雷达初创公司开始崭露头角,并纷纷把目光投向FMCW激光雷达的路线。FMCW即调频连续波,这种测距方式其实在过往的毫米波雷达等领域中已经被广泛应用。它的测距原理是通过发射连续变化频率的激光束,通过分光器将一部分光作为参考光,另一部分光发射出去后,再用混频探测技术测量回波信号和参考光的频率差,间接计算出与被测物体的距离。

由于多普勒效应的存在,以激光雷达为参照系,使用FMCW测距时,被测物体如果正在远离激光雷达,那么反射回来的光频率就会降低;反之反射回来的光频率就会变高。根据这种变化的规律,还可以计算出被测物体当时的速度信息。这就是FMCW测距的原理。

FMCW激光雷达中发射和接收,都需要用到硅光芯片,与光通信产品类似,即与普通的硅基集成电路芯片相比,硅光芯片能导电的同时还能作为光通信的介质。

有业内人士认为,2018年开始多家激光雷达初创公司瞄准FMCW技术,这是由于FMCW激光雷达高度依赖硅光工艺,而硅光工艺也是从2018年才开始成熟。当然,ToF激光雷达的成熟,也是初创公司选择新技术路线的重要原因。

FMCW产业链加速进入成熟期?

我们看到包括光迅科技、国科光芯、飞芯电子等企业在早前展示了他们的FMCW相关产品。比如光迅科技作为国内光通信领域的龙头之一,也开发出了激光雷达的发射和接收光学部件相关产品。

据光迅科技介绍,目前可以提供窄线宽1550nm DFB(分布式反馈激光器)激光器、窄线宽C-band ITLA Laser、1550nm FMCW BPD(光电平衡探测器)、1550nm FMCW ICR(红外滤光片)、1550nm FMCW硅光及光电合封模组等底层器件等。

其中,光迅科技基于自有芯片的DFB激光器年产能超亿片,供应链成熟可控,且该系列产品连续10年以上零故障运行。而ITLA产品是光迅科技近年来重点投入的核心产品,从芯片、器件到模块均由公司自行设计、生产,实现了核心技术、工艺全序列的自主化。

国科光芯则展示了一款FMCW激光雷达光引擎,据工作人员介绍,该光引擎是一个集成化的芯片解决方案,其中集成了光源、发射和接收结构。国科光芯基于氮化硅芯片技术的兼容性以及高度集成优势,可以将目前FMCW激光雷达的分立结构方案成本大幅压缩,并快速、低成本地组装出激光雷达模组。

飞芯电子则基于FMCW推出了一款超远距离激光测距仪,采用优化的发射和接收光路设计,可以实现更远的测距距离和精度。

另外,近期硅光子学初创公司SiLC宣布推出四款专业的EyeonicTM视觉系统,该视觉系统采用了FMCW激光雷达技术,探测距离覆盖50米、150米、300米,最高甚至可以达到1250米。其中50米距离的版本为AI机器视觉服务,比如机器人、卡车装载等;150米距离的版本适用于家庭安防、工厂自动化应用等;300米距离版本能够应用到汽车ADAS和自动驾驶等系统上;而1250米的版本应用目标是无人机跟踪、机场等等。

在商用落地方面,近期洛微科技与长城汽车达成技术合作协议,双方就用于城市NOH应用场景的FMCW4D激光雷达产品,高阶智能驾驶感知技术与应用场景探索应用展开深入合作。洛微科技是国内首家展示基于自研硅光OPA和FMCW芯片的激光雷达厂商,早在2021年就推出了样品。

镭神智能近期也透露,公司在今年年底将会推出FMCW 激光雷达产品。各大厂商的产品亮相,以及合作落地的进展,似乎都预示着FMCW激光雷达产业链正在走向成熟。

写在最后

作为未来纯固态激光雷达的重要技术路线,FMCW激光雷达从2018年开始进入高速发展期,经过近5年的发展,目前已经越来越接近量产状态。不过如果从自动驾驶应用来看,由于汽车行业认证方面的周期,至少到2025年,市面上我们能看到的激光雷达都会是采用ToF测距的形式。而采用Flash光源的激光雷达也已经出现在量产车型上,极石01就搭载了禾赛的Flash补盲激光雷达。

但最终激光雷达哪种形式会成为最终赢家,还要看谁能大规模量产,且足够便宜,否则技术先进性将无法转变为优势。






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