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雷達(dá)

突破技術(shù)壁壘 國產(chǎn)激光雷達(dá)告別“大塊頭”

johnny 來源:環(huán)球網(wǎng)2019-01-14 我要評論(0 )   

①傳統(tǒng)激光雷達(dá)需要依靠人工實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射電路板和接收電路板的微米級對準(zhǔn),這種工藝耗時(shí)、低效,且設(shè)備體積較大。②新技術(shù)讓模塊

①傳統(tǒng)激光雷達(dá)需要依靠人工實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射電路板和接收電路板的微米級對準(zhǔn),這種工藝耗時(shí)、低效,且設(shè)備體積較大。

②新技術(shù)讓模塊間以類似積木的形式快速搭建,無需依賴多次人工對準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)了機(jī)器自動(dòng)對準(zhǔn),提高總裝效率的同時(shí),也減小了設(shè)備尺寸。

③C-Fans-128線激光雷達(dá)探測前方人體效果圖。


本報(bào)記者 操秀英


不到三公斤的無人機(jī)激光雷達(dá)、針對電力行業(yè)定制的激光雷達(dá)電力巡檢系統(tǒng)解決方案、含自主芯片的避障激光雷達(dá)……在此前于浙江省湖州市德清縣召開的聯(lián)合國世界地理信息大會(huì)上,北京北科天繪科技有限公司(以下簡稱“北科天繪”)的激光雷達(dá)系列產(chǎn)品成為一大亮點(diǎn)。這些激光雷達(dá)不但更小更輕,而且在保持高性能的同時(shí)還讓成本大大降低。


那么,激光雷達(dá)技術(shù)難在哪?北科天繪的激光雷達(dá)又有何過人之處?


系統(tǒng)復(fù)雜導(dǎo)致激光雷達(dá)體積過大

激光雷達(dá),簡而言之即通過主動(dòng)發(fā)射及接收激光信號實(shí)現(xiàn)三維探測的高精度傳感器,“它由激光發(fā)射、激光信號接收、光學(xué)及掃描、信號處理和系統(tǒng)控制等模塊組成?!北笨铺炖L技術(shù)總監(jiān)張珂殊介紹道,激光雷達(dá)不僅自身就是高度集成化的光機(jī)電一體化傳感器,使用中還要與全球衛(wèi)星定位 (如北斗、GPS)、慣性導(dǎo)航單元(IMU)、可見光相機(jī)、紫外相機(jī)、高光譜相機(jī)等各種傳感器做時(shí)空同步集成,涉及多傳感器數(shù)據(jù)融合和一體化標(biāo)定,技術(shù)門檻很高。


“激光雷達(dá)的工作原理與微波雷達(dá)相近,以激光做信號源,激光信號到達(dá)目標(biāo)表面 ——樹木、道路、橋梁和建筑物等,在上述目標(biāo)表面產(chǎn)生后向散射,從而使一部分激光回波信號回到激光雷達(dá)的接收器。然后通過光電信號轉(zhuǎn)換和信號處理,實(shí)現(xiàn)激光測距計(jì)算,即得到目標(biāo)點(diǎn)測距。激光信號掃描目標(biāo)物表面后,還可以得到目標(biāo)物表面三維點(diǎn)的數(shù)據(jù),用此數(shù)據(jù)進(jìn)行三維成像處理后,我們就擁有了精確的三維目標(biāo)模型數(shù)據(jù)(目標(biāo)立體圖)?!睆堢媸庹f。


北科天繪總經(jīng)理張智武告訴科技日報(bào)記者,國際先進(jìn)測繪型激光雷達(dá)的核心性能指標(biāo)包括:公里級測距范圍,毫米級測距精度,百萬級激光發(fā)射頻率。這要求高度優(yōu)化的激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù),尤其是激光雷達(dá)信號的精細(xì)和實(shí)時(shí)處理能力,包括微弱信號的采集和放大,噪聲的識別和濾除以及時(shí)間精準(zhǔn)計(jì)量,空間位置信息和反射強(qiáng)度信息的瞬態(tài)測量等。


“由于光的傳播速度極快,上述信號接收,處理和三維數(shù)據(jù)生成要在極短的時(shí)間內(nèi)(納秒)完成,因此難度很大?!睆堉俏湔f,激光雷達(dá)是迄今為止最復(fù)雜的,效率和精度最高的傳感器之一,與相機(jī)相比,它多了主動(dòng)發(fā)光和光信號調(diào)制及解調(diào)的模塊,實(shí)現(xiàn)每秒鐘百萬次精準(zhǔn)測量,其本身就是一個(gè)復(fù)雜的集成性系統(tǒng)。


然而,如此復(fù)雜的集成性系統(tǒng),也讓集成電路設(shè)計(jì)成了激光雷達(dá)技術(shù)研發(fā)的攔路虎,大量國產(chǎn)激光雷達(dá)過于復(fù)雜的組裝會(huì)讓激光雷達(dá)體積重量過大,使用起來很不方便。


芯片組獨(dú)辟蹊徑,雷達(dá)實(shí)現(xiàn)小身板

“我們的核心競爭力正是創(chuàng)新了激光雷達(dá)的芯片和集成電路設(shè)計(jì)?!睆堢媸獗硎荆瑐鹘y(tǒng)的激光雷達(dá)集成電路技術(shù),需要將激光發(fā)射器、探測器、放大器等數(shù)百個(gè)電子元器件封裝到一個(gè)比指甲蓋還小的專用芯片中,用單枚芯片實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)的整體控制。


“然而傳統(tǒng)的激光雷達(dá)是由電路板構(gòu)成,比如我們通常說的16線激光雷達(dá)就是由16對激光電路板組成(如圖①),需要依靠人工實(shí)現(xiàn)激光發(fā)射電路板和接收電路板的微米級對準(zhǔn),這種工藝耗時(shí)、低效,且體積較大。而我們使用自主開發(fā)的激光雷達(dá)信號處理芯片組,通過半導(dǎo)體封裝工藝精巧地解決了精密光機(jī)裝調(diào)與大尺寸機(jī)械誤差間跨數(shù)量級尺度差異,使復(fù)雜的激光雷達(dá)組裝及測試過程極大簡化(如圖②),模塊間以類似積木的形式快速搭建,無需依賴多次人工對準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)了機(jī)器自動(dòng)對準(zhǔn),提高總裝效率的同時(shí),也減小了設(shè)備尺寸?!睆堢媸饨榻B, 獨(dú)辟蹊徑的激光雷達(dá)的芯片和集成電路設(shè)計(jì),讓激光雷達(dá)“活”出了小身板。


截至目前,北科天繪已研發(fā)5款激光雷達(dá)信號處理芯片。今年推出的輕小型高性能低成本無人機(jī)雷達(dá)——蜂鳥,這一最新款的無人機(jī)雷達(dá)系統(tǒng)重量做到了1.2公斤,探測距離大于200米,續(xù)航作業(yè)時(shí)間大于100分鐘,并且實(shí)現(xiàn)了與通用無人機(jī)系統(tǒng)的深度集成,法國、韓國、加拿大、澳大利亞、意大利等國已成為無人機(jī)載雷達(dá)產(chǎn)品代理商,向國外進(jìn)行出口。


提高探測能力,導(dǎo)航避障優(yōu)勢明顯

導(dǎo)航避障激光雷達(dá),是無人駕駛領(lǐng)域的重要一部分。而北科天繪的拳頭產(chǎn)品,多線束導(dǎo)航避障激光雷達(dá)——R-Fans,填補(bǔ)了國內(nèi)此項(xiàng)空白,并打破了該類型激光雷達(dá)的輕小化紀(jì)錄,目前R-Fans-32激光雷達(dá)相比國內(nèi)外同類產(chǎn)品減輕25%。


此外,“R-Fans系列產(chǎn)品還實(shí)現(xiàn)了12位強(qiáng)度分辨率的探測能力,在高精度地圖數(shù)據(jù)獲取方面可以媲美高端測繪型激光雷達(dá),從而有望使高精度地圖采集裝備的成本從兩三百萬元降至20萬元以內(nèi),有助于高精度地圖的快速推進(jìn),可間接促進(jìn)自動(dòng)駕駛的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和普及速度。”張智武介紹道。2018年,北科天繪還在國內(nèi)首發(fā)128線的半固態(tài)前裝激光雷達(dá)(Semi-Flash LiDAR),持續(xù)與該領(lǐng)域國際領(lǐng)先企業(yè)比肩,保持我國全自主研發(fā)生產(chǎn)自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)國際競爭力。


“現(xiàn)在主流的雷達(dá)測距能力可能只有100多米,車廠希望測距大于200米。我們的激光雷達(dá)在美國實(shí)地測試的時(shí)候有明顯技術(shù)優(yōu)勢,首創(chuàng)了激光雷達(dá)和車頭大燈合為一體的理念,放在飛機(jī)上的測繪激光雷達(dá)測繪范圍也已經(jīng)做到5公里?!睆堉俏浔硎荆霸谌绾螠p少激光雷達(dá)之間的互相干擾問題上,通過激光信道編碼,實(shí)現(xiàn)了同汽車平臺上多激光雷達(dá)間串?dāng)_免疫。在新版本的導(dǎo)航系列激光雷達(dá)產(chǎn)品中,解決了多車間、異類激光雷達(dá)串?dāng)_免疫的難題?!?/span>


目前,包括京東物流在內(nèi)的主流無人物流車都在使用北科天繪的激光雷達(dá)產(chǎn)品?!俺硕ㄖ飘a(chǎn)品,我們正在談批量的事。”張智武預(yù)計(jì),“菜鳥、美團(tuán)、蘇寧、滿幫、四通一達(dá)、順豐等物流公司對于無人物流車都有很大的需求?!?/span>

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