跨越五大障礙，激光雷達有望實現(xiàn)新突破

　　據(jù)麥姆斯咨詢報道，LiDAR這項技術(shù)已經(jīng)在許多應(yīng)用領(lǐng)域取得了相當大的進展，僅舉幾例：空間測繪、無人駕駛汽車、安防和無人機等。然而，現(xiàn)如今傳統(tǒng)的LiDAR體系架構(gòu)的發(fā)展正面臨著五大挑戰(zhàn)，使其無法作為一種經(jīng)濟高效的解決方案大規(guī)模使用，而此解決方案可提高汽車性能和安全性，解決更多的工業(yè)流程問題和應(yīng)用，并為消費類產(chǎn)品增加新的功能。

　　目前在駕駛試驗中使用的LiDAR技術(shù)有助于人工智能(AI)系統(tǒng)的訓(xùn)練，但是由于無法滿足尺寸、可靠性和成本的要求，暫時還無法在量車汽車中展開部署。正在開發(fā)的新型LiDAR系統(tǒng)可以滿足廣泛生產(chǎn)部署的所有要求，但首先，讓我們先來回顧一下需要克服哪些挑戰(zhàn)。

　　當今LiDAR系統(tǒng)面臨的五大挑戰(zhàn)

　　這五項挑戰(zhàn)意義重大，在它們得到解決之前，LiDAR作為量車汽車中可廣泛部署的技術(shù)之一，我們只實現(xiàn)了其一小部分的潛力。

　　1. 尺寸

　　如今多數(shù)LiDAR系統(tǒng)都是安裝在汽車頂部的一套大型旋轉(zhuǎn)裝置，非常顯眼。但該技術(shù)不符合OEM(原始設(shè)備制造商)大眾市場部署的尺寸、成本或汽車認證要求。雖然目前有一些尺寸較小的旋轉(zhuǎn)LiDAR裝置，通過將多個單元嵌入至汽車的各個區(qū)域來擴大應(yīng)用，但是這些組件仍然太大，有些甚至是通過犧牲性能(分辨率和距離)來減小尺寸。如果繼續(xù)將復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)機械部件壓縮進更小的封裝，或者使用無法進一步減少成本或滿足汽車一級資質(zhì)要求的技術(shù)和部件，收效將會逐步減小，這就要求對技術(shù)進行根本性的變革。

　　2. 成本

　　LiDAR的演示通常會在客戶中引發(fā)一陣高潮，不幸的是，他們后來發(fā)現(xiàn)演示模型的制勝功能依賴于昂貴的、非指定的組件，而這些組件卻無法滿足汽車級認證。主要的成本驅(qū)動因素是激光器與光學(xué)器件的對準，獲得足夠的輸出功率以滿足距離要求，并設(shè)法使激光束覆蓋所需的視場。

　　目前試驗中部署的LiDAR中的多數(shù)技術(shù)都無法針對大眾市場應(yīng)用降低成本。盡管有人聲稱產(chǎn)量的增加會降低成本，但是如果不進行重大的設(shè)計修訂，即使有高產(chǎn)量或設(shè)計改進都是不夠的。

　　3. 可靠性

　　現(xiàn)如今的LiDAR系統(tǒng)大多是基于宏觀機械或微機電系統(tǒng)(MEMS)，具有運動部件的所有缺點，包括有限的可靠性。這些產(chǎn)品需要仔細校準，而且制造成本很高。由于大多數(shù)材料不具備在汽車一級溫度范圍(-40°C至125°C)內(nèi)工作的條件，所以它們在熱應(yīng)力下的故障率會很高。比較明確的做法是用固態(tài)替代方案替換運動部件，使每個部件都能夠滿足一級溫度和質(zhì)量要求。然而，即使像激光器這樣的固態(tài)技術(shù)也還有很長的一段路要走，畢竟現(xiàn)在很少有激光器能滿足一級車規(guī)的要求。

　　4. 探測距離

　　現(xiàn)在LiDAR系統(tǒng)已經(jīng)證明了可以實現(xiàn)相對較遠的探測距離，但是目前存在一個大家廣泛持有的假設(shè)是，這種性能水平僅在1550nm掃描激光器中才有可能達到。該技術(shù)確實可提供良好的探測距離，但由于高功率1550nm激光器和傳感器的成本，價格卻非常高。現(xiàn)已開發(fā)出廉價泛光激光器技術(shù)，具有可比的探測距離和有吸引力的成本優(yōu)勢。

　　5. 人眼安全

　　長期以來，1550nm波長的激光被認為是人眼安全的最佳數(shù)值。它確實是比那些可以穿透眼睛進入視網(wǎng)膜的激光類型更安全。然而，高成本的1500nm二極管泵浦固體激光器(Diode Pumped Solid State laser，DPSS)、二極管泵浦光纖激光器(Diode Pumped Fiber laser)或帶有摻鉺光纖放大器(Erbium& Doped Fiber Amplifiers，EDFA)的分布式反饋激光器(Distributed Feedback Laser，DFB)的主導(dǎo)地位目前正受到新的器件拓撲的挑戰(zhàn)，這些器件拓撲可使較短的波長變得安全。

　　應(yīng)對尺寸挑戰(zhàn)

　　好消息是什么?在車輛頂部旋轉(zhuǎn)萬向架上安裝大型旋轉(zhuǎn)“全家桶”(即LiDAR)的日子已經(jīng)所剩不多了。使用合適的垂直腔面發(fā)射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)照明器可以大大減少LiDAR系統(tǒng)的占位面積。照明解決方案制造商可以將數(shù)百個VCSEL激光器集成到僅為毫米級大小的微芯片上。

　　這項技術(shù)將極大地減少LiDAR系統(tǒng)整體尺寸，同時還能提供照亮整個視場所需的人眼安全的高功率。LiDAR單元可以縮小至一副牌的大小甚至更小。在汽車應(yīng)用中，這就可以將LiDAR安放在汽車外部和內(nèi)部的多個位置，以有效地測量距離可為數(shù)米或遠至200多米的物體。這些變化為無人駕駛汽車提供了額外的環(huán)境監(jiān)測和防碰撞功能。

圖1 TriLumina生產(chǎn)的VCSEL芯片