當(dāng)前 L2 級(jí)自動(dòng)駕駛感知系統(tǒng)主要由超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等車(chē)載傳感器組成。特斯拉環(huán)繞車(chē)身共配有8個(gè)攝像頭,視野范圍達(dá)360度,對(duì)周?chē)h(huán)境的監(jiān)測(cè)距離最遠(yuǎn)可達(dá)250米。
12個(gè)新版超聲波傳感器作為整套視覺(jué)系統(tǒng)的補(bǔ)充,可探測(cè)到柔軟或堅(jiān)硬的物體,傳感距離和精確度接近上一代系統(tǒng)的兩倍。增強(qiáng)版前置雷達(dá)通過(guò)發(fā)射冗余波長(zhǎng)的雷達(dá)波,能夠穿越雨、霧、灰塵,甚至前車(chē)的下方空間進(jìn)行探測(cè),為視覺(jué)系統(tǒng)提供更豐富的數(shù)據(jù)。
激光雷達(dá)被認(rèn)為是 L3 級(jí)及以上自動(dòng)駕駛必備傳感器。激光雷達(dá)兼具測(cè)距遠(yuǎn)、角度分辨率優(yōu)、受環(huán)境光照影響小的特點(diǎn),且無(wú)需深度學(xué)習(xí)算法,可直接獲得物體的距離和方位信息。
這些相較于其他傳感器的優(yōu)勢(shì),可顯著提升自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的可靠性,因而被大多數(shù)整車(chē)廠(chǎng)、Tier 1認(rèn)為是L3級(jí)及以上自動(dòng)駕駛(功能開(kāi)啟時(shí)責(zé)任方為汽車(chē)系統(tǒng))必備的傳感器。
1.2 全球L3 級(jí)量產(chǎn)車(chē)快速開(kāi)發(fā)中,國(guó)內(nèi)激光雷達(dá)加速上車(chē)
全球范圍內(nèi)L3 級(jí)輔助駕駛量產(chǎn)車(chē)項(xiàng)目當(dāng)前處于快速開(kāi)發(fā)之中。BMW預(yù)計(jì)在2021年推出具有L3級(jí)自動(dòng)駕駛功能的BMW Vision iNEXT;Mercedes-Benz首款L3級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)將于2021年在新款S級(jí)車(chē)型上推出;
Volvo預(yù)計(jì)在2022年推出配備激光雷達(dá)的自動(dòng)駕駛量產(chǎn)車(chē)型,實(shí)現(xiàn)沒(méi)有人工干預(yù)情況下的高速行駛;Honda計(jì)劃于2021年在其Legend車(chē)型上提供L3級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。
隨著成本不斷下探且達(dá)到車(chē)規(guī)級(jí)要求,激光雷達(dá)有望實(shí)現(xiàn)高速增長(zhǎng)??紤]全球高級(jí)輔助駕駛項(xiàng)目的發(fā)展進(jìn)度,2020 年及 2021 年 ADAS 領(lǐng)域激光雷達(dá)的銷(xiāo)售主要仍由SCALA貢獻(xiàn)。隨著激光雷達(dá)成本下探至數(shù)百美元區(qū)間且達(dá)到車(chē)規(guī)級(jí)要求,未來(lái)越來(lái)越多高級(jí)輔助駕駛量產(chǎn)項(xiàng)目將實(shí)現(xiàn) SOP;
根據(jù)Yole的研究報(bào)告,至2025 年全球乘用車(chē)新車(chē)市場(chǎng)L3級(jí)自動(dòng)駕駛的滲透率將達(dá)約6%,即每年將近600萬(wàn)輛新車(chē)將搭載激光雷達(dá)。激光雷達(dá)在高級(jí)輔助駕駛領(lǐng)域的市場(chǎng)規(guī)模將在未來(lái)5年里保持高速增長(zhǎng),按照沙利文預(yù)計(jì),2025年激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將達(dá)到46.1億美元,2019年至2025年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)83.7%。
蔚來(lái)ET7搭載Innovusion 超遠(yuǎn)距高精度激光雷達(dá)。蔚來(lái)ET7搭載33個(gè)高性能感知硬件,定義量產(chǎn)車(chē)自動(dòng)駕駛感知系統(tǒng)全新標(biāo)準(zhǔn),包含11個(gè)800萬(wàn)像素高清攝像頭、5個(gè)毫米波雷達(dá)、12個(gè)超聲波雷達(dá)、1個(gè)激光雷達(dá)、2個(gè)高精度定位單元、1個(gè)車(chē)路協(xié)同感知和1個(gè)ADMS增強(qiáng)主駕感知。
其中,激光雷達(dá)為蔚來(lái)與Innovusion合作開(kāi)發(fā),最遠(yuǎn)探測(cè)距離達(dá)500m,水平視角120°,最高分辨率0.06°×0.06°,采用1550nm安全激光,避開(kāi)了人眼敏感的900nm波長(zhǎng),兼顧性能和他人安全。
小鵬汽車(chē)將搭載Livox激光雷達(dá)。小鵬汽車(chē)宣布與大疆孵化的Livox覽沃科技達(dá)成合作,將在2021 年推出的全新量產(chǎn)車(chē)型上使用其生產(chǎn)的小鵬定制版車(chē)規(guī)級(jí)激光雷達(dá), Livox也正式成為小鵬汽車(chē)在激光雷達(dá)領(lǐng)域的首家合作伙伴。
在本次合作中,Livox 覽沃科技基于浩界 Horiz車(chē)規(guī)級(jí)激光雷達(dá)平臺(tái)為小鵬汽車(chē)進(jìn)行了一系列定制化開(kāi)發(fā),最終提供的車(chē)規(guī)級(jí)量產(chǎn)版本在量程、FOV、點(diǎn)云密度等多個(gè)核心指標(biāo)上都做到了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平。
長(zhǎng)城將搭載ibeoNEXT激光雷達(dá),欲實(shí)現(xiàn)中國(guó)首個(gè)配置激光雷達(dá)的自動(dòng)駕駛??Х戎邱{搭載的全球首款能夠真正量產(chǎn)的車(chē)規(guī)級(jí)高性能固態(tài)激光雷達(dá),角分辨率達(dá)0.05°*0.07°,性能高出普通無(wú)人駕駛車(chē)型所采用的機(jī)械激光雷達(dá)5倍,配合毫米波雷達(dá)、攝像頭、超聲波雷達(dá)等配置帶來(lái)全方位360°雙倍無(wú)死角覆蓋。
02、核心技術(shù)解析:發(fā)射/接收匹配,掃描多技術(shù)方案
2.1 激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)拆分
激光雷達(dá)系統(tǒng)可拆分成激光發(fā)射、掃描系統(tǒng)、激光接收和信息處理四個(gè)部分。
2.2 激光發(fā)射系統(tǒng):波長(zhǎng)影響激光功率,激光器是核心
基本原理:激勵(lì)源周期性地驅(qū)動(dòng)激光器,發(fā)射激光脈沖,激光調(diào)制器通過(guò)光束控制器控制發(fā)射激光的方向和線(xiàn)數(shù),最后通過(guò)發(fā)射光學(xué)系統(tǒng),將激光發(fā)射至目標(biāo)物體。
激光波長(zhǎng):激光最關(guān)鍵指標(biāo)在于波長(zhǎng),一般會(huì)考量四個(gè)因素:人眼安全、與大氣相互作用、可選用的激光器以及可選用的光電探測(cè)器。目前業(yè)內(nèi)主流采用 905nm 和1550nm 兩種波長(zhǎng),905nm 波長(zhǎng)適用的光電探測(cè)器比1550nm 的更便宜,但1550nm對(duì)人眼安全性更高。針對(duì)于與大氣相互作用,1550nm吸水率比905nm更強(qiáng),但905nm的光損失更少。
激光器:當(dāng)前階段重要有EEL激光器、VCSEL激光器和光纖激光器等。
?EEL激光器:EEL作為探測(cè)光源具有高發(fā)光功率密度的優(yōu)勢(shì),但EEL激光器因?yàn)槠浒l(fā)光面位于半導(dǎo)體晶圓的側(cè)面,使用過(guò)程中需要進(jìn)行切割、翻轉(zhuǎn)、鍍膜、再切割的工藝步驟,往往只能通過(guò)單顆一一貼裝的方式和電路板整合,而且每顆激光器需要使用分立的光學(xué)器件進(jìn)行光束發(fā)散角的壓縮和獨(dú)立手工裝調(diào),極大地依賴(lài)產(chǎn)線(xiàn)工人的手工裝調(diào)技術(shù),生產(chǎn)成本高且一致性難以保障。
?VCSEL激光器:垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)其發(fā)光面與半導(dǎo)體晶圓平行,具有面上發(fā)光的特性,其所形成的激光器陣列易于與平面化的電路芯片鍵合,在精度層面由半導(dǎo)體加工設(shè)備保障,無(wú)需再進(jìn)行每個(gè)激光器的單獨(dú)裝調(diào),且易于和面上工藝的硅材料微型透鏡進(jìn)行整合,提升光束質(zhì)量。
傳統(tǒng)的VCSEL激光器存在發(fā)光密度功率低的缺陷,導(dǎo)致只在對(duì)測(cè)距要求近的應(yīng)用領(lǐng)域有相應(yīng)的激光雷達(dá)產(chǎn)品(通常<50m)。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外多家VCSEL激光器公司紛紛開(kāi)發(fā)了多層結(jié)VCSEL激光器,將其發(fā)光功率密度提升了5~10倍,這為應(yīng)用VCSEL開(kāi)發(fā)長(zhǎng)距激光雷達(dá)提供了可能。
?光纖激光器:以摻有激活粒子的光纖為激光介質(zhì)的激光器,通常以半導(dǎo)體激光器作為能量泵浦源(以半導(dǎo)體激光器發(fā)出的光,泵浦光纖增益介質(zhì)產(chǎn)生光)。
2.3 激光掃描系統(tǒng):MEMS漸成主力,F(xiàn)lash/OPA純固態(tài)方案值得期待
2.3.1 機(jī)械式激光雷達(dá)
機(jī)械式激光雷達(dá)通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)收發(fā)陣列進(jìn)行整體旋轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)對(duì)空間水平360°視場(chǎng)范圍的掃描。測(cè)距能力在水平360°視場(chǎng)范圍內(nèi)保持一致。
傳統(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá)難以滿(mǎn)足車(chē)規(guī)級(jí)要求。傳統(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá),通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)整個(gè)激光頭做圓周運(yùn)動(dòng),其掃描方式通常呈360度線(xiàn)式掃描。這種方式帶來(lái)的直接后果是無(wú)論掃描時(shí)間多長(zhǎng),線(xiàn)與線(xiàn)之間總會(huì)有間隙,存在漏檢物體的可能性。
而更為糟糕的是,占整個(gè)雷達(dá)70%質(zhì)量的重要部件,包括激光發(fā)射、接收等精密的電子器件,都在不停地一邊運(yùn)動(dòng),一邊工作,這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)部件動(dòng)平衡上的誤差帶來(lái)的磨損、振動(dòng)等,大大降低了雷達(dá)的穩(wěn)定性和可靠性。
而且多線(xiàn)激光雷達(dá)這種轉(zhuǎn)動(dòng)的工作模式,若采用滑環(huán)設(shè)計(jì)會(huì)容易失效,而無(wú)線(xiàn)供電的方式則不夠穩(wěn)定,很難滿(mǎn)足車(chē)規(guī)級(jí)別的應(yīng)用場(chǎng)景。
Livox推出棱鏡式激光雷達(dá),采用非重復(fù)掃描技術(shù)。為避免上千個(gè)電子部件同時(shí)旋轉(zhuǎn),Livox將所有的發(fā)射和接收部件移到穩(wěn)定的后端,在前端只用兩三個(gè)棱鏡做高速純光學(xué)掃描,在技術(shù)上為穩(wěn)定性提供了可能。此外,Livox的點(diǎn)云特性覆蓋率隨時(shí)間不斷增加,并且無(wú)需進(jìn)行重復(fù)掃描。
2.3.2 MEMS 激光雷達(dá)
MEMS激光雷達(dá)通過(guò)硅基芯片上微振鏡以一定諧波頻率的振蕩,來(lái)反射激光器的光線(xiàn),從而以超高的掃描速度形成高密度的點(diǎn)云圖。由此改變單個(gè)發(fā)射器的發(fā)射角度進(jìn)行掃描,形成較廣的掃描角度和較大的掃描范圍。
?優(yōu)點(diǎn):其核心光束操縱元件為MEMS微振鏡,大大減少了激光雷達(dá)的尺寸,減少激光器和探測(cè)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(chǎn)制造等優(yōu)點(diǎn),兼顧車(chē)規(guī)量產(chǎn)與高性能的需求。
?缺點(diǎn):MEMS激光雷達(dá)并沒(méi)有完全消除機(jī)械,只是將掃描單元變成了MEMS微振鏡,仍然存在微振鏡的振動(dòng),所以它并不能算純固態(tài)激光雷達(dá),而是混合固態(tài)雷達(dá)(也稱(chēng)類(lèi)固態(tài)/半固態(tài)雷達(dá))。
其光路較復(fù)雜,微振鏡結(jié)構(gòu)會(huì)影響整個(gè)激光雷達(dá)的壽命,激光功率較低,信噪比較低、有效距離較短,并且激光掃描范圍受微振鏡面積限制,視野相對(duì)較窄。
2.3.3 Flash 激光雷達(dá)
Flash激光雷達(dá),指一次閃光(激光脈沖)成像的激光雷達(dá),在發(fā)射端采用面光源,短時(shí)間發(fā)射出一大片覆蓋探測(cè)區(qū)域的面陣激光,再以高度靈敏的接收器,來(lái)完成對(duì)環(huán)境周?chē)鷪D像的繪制,它也是目前唯一的非掃描式激光雷達(dá),能夠達(dá)到最高等級(jí)的車(chē)規(guī)要求。
這種激光雷達(dá)的缺點(diǎn)很明顯,功率密度太低,導(dǎo)致其有效距離一般難以超過(guò)50米,分辨率也比較低。要改善其性能,需要使用功率更大的激光器,或更先進(jìn)的激光發(fā)射陣列,讓發(fā)光單元按一定模式導(dǎo)通點(diǎn)亮,以取得掃描器的效果。
2.3.4 OPA 激光雷達(dá)
OPA激光雷達(dá)是運(yùn)用相干原理,采用多個(gè)光源組成陣列,通過(guò)調(diào)節(jié)發(fā)射陣列中每個(gè)發(fā)射單元的相位差來(lái)改變激光的出射角度,通過(guò)控制各光源發(fā)射的時(shí)間差,可以合成角度靈活、精密可控的主光束,實(shí)現(xiàn)對(duì)不同方向的掃描。
?優(yōu)點(diǎn):這種固態(tài)激光雷達(dá)有著掃描速度快,精度高,可控性好,抗振性能好,體積小,量產(chǎn)一致性高,成本更低等優(yōu)點(diǎn)。
?缺點(diǎn):OPA激光雷達(dá)仍有易形成旁瓣效應(yīng),光信號(hào)覆蓋有限、環(huán)境光干擾、測(cè)距較短等問(wèn)題,而且加工難度較高。
2.4 激光接收系統(tǒng):光電探測(cè)器是關(guān)鍵
探測(cè)器指利用光電效應(yīng)將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),實(shí)現(xiàn)對(duì)光信號(hào)進(jìn)行探測(cè)的裝置。目前激光雷達(dá)領(lǐng)域常用的探測(cè)器主要包括APD、SPAD和SiPM等。
APD 是一種具有高速度、高靈敏度的光電二極管,當(dāng)加有一定的反向偏壓后,它就能夠?qū)怆娏鬟M(jìn)行雪崩放大。而 APD 的反向偏壓被設(shè)定為高于擊穿電壓時(shí),內(nèi)部電場(chǎng)更強(qiáng),光電流則會(huì)獲得 105~106 的增益,這種工作模式就叫 APD 的“蓋革模式”。
在蓋革模式下,光生載流子通過(guò)倍增就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)大的光脈沖,而通過(guò)對(duì)這個(gè)脈沖的檢測(cè),就可以檢測(cè)到單光子。將蓋革模式下的 APD 上連接一個(gè)淬滅電阻作為 1 個(gè)像素,就構(gòu)成了 SiPM 的基本單元,而它輸出的總和也構(gòu)成了 SiPM 的輸出,后則可根據(jù)該輸出進(jìn)行光子計(jì)數(shù)或者信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量。
2.5 信息處理系統(tǒng):車(chē)載激光雷達(dá)的三類(lèi)應(yīng)用算法
現(xiàn)有車(chē)載激光雷達(dá)應(yīng)用算法都具有不同程度的局限性。首先,算法可靠性和實(shí)時(shí)性相互制約,二者難以同時(shí)滿(mǎn)足;其次,算法多為針對(duì)某一特定場(chǎng)景開(kāi)發(fā), 難以保證可移植性和穩(wěn)定性。
場(chǎng)景的復(fù)雜性和多樣性使得算法的研究異彩紛呈,呈現(xiàn)出多層次、多角度的多元組合態(tài)勢(shì)。車(chē)載激光雷達(dá)應(yīng)用算法可分為三類(lèi):點(diǎn)云分割算法、目標(biāo)跟蹤與識(shí)別算法、即時(shí)定位與地圖構(gòu)建算法(simultaneous localization and mapping,SLAM)。
各類(lèi)算法的合理選擇使用將解決不同場(chǎng)景下的智能駕駛問(wèn)題,其中點(diǎn)云分割算法是目標(biāo)跟蹤與識(shí)別的基礎(chǔ),目標(biāo)跟蹤與識(shí)別將實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)周?chē)系K物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和幾何特征的判斷,SLAM將實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的精確定位與可通行路徑規(guī)劃。
03、從信噪比看激光雷達(dá)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
信噪比,英文名稱(chēng)叫做SNR或S/N(SIGNAL-NOISE RATIO),又稱(chēng)為訊噪比。是指一個(gè)電子設(shè)備或者電子系統(tǒng)中信號(hào)與噪聲的比例。
信噪比的計(jì)量單位是dB。對(duì)于一張圖像來(lái)說(shuō),計(jì)算信噪比可以按照 20lg(信號(hào)/噪聲) 這個(gè)公式來(lái)計(jì)算,從公式可以看出信噪比應(yīng)該越高越好。信噪比高,反應(yīng)在畫(huà)質(zhì)上就是畫(huà)面干凈無(wú)噪點(diǎn);信噪比低會(huì)使圖像粗糙噪聲多,畫(huà)面發(fā)灰不通透,對(duì)比度不夠。
信噪比是激光雷達(dá)系統(tǒng)中非常重要的設(shè)計(jì)指標(biāo),對(duì)探測(cè)距離、測(cè)距精度都產(chǎn)生重大影響。根據(jù)傳感器技術(shù)官方微信公眾號(hào)的介紹,激光雷達(dá)系統(tǒng)的信噪比 SNR 計(jì)算方程如下:
因此,根據(jù)上述公式,要提高激光雷達(dá)的信噪比,最簡(jiǎn)單有效的方法是:1)提高接收信號(hào)光功率;2)提高探測(cè)器的量子效率;3)采用相干探測(cè)方法。
3.1 提高接收信號(hào)光功率:1550nm波長(zhǎng)+光纖激光器+InGaAs接收器
1550nm波長(zhǎng)激光雷達(dá)加大信號(hào)光功率不會(huì)對(duì)人眼造成傷害。目前市場(chǎng)上大部分的激光雷達(dá)都采用了近紅外波段的905nm半導(dǎo)體激光器發(fā)射激光脈沖,然后記錄反射光來(lái)創(chuàng)建汽車(chē)周?chē)h(huán)境的點(diǎn)云圖。
但是,人眼內(nèi)部對(duì)于905nm波長(zhǎng)的光相當(dāng)于是“透明的”,因此采用905nm波長(zhǎng)的激光雷達(dá)可以直射脆弱的視網(wǎng)膜。但是人眼對(duì)于1550nm波長(zhǎng)的光則是不透明的,因而該波長(zhǎng)的光無(wú)法投射到視網(wǎng)膜上,從而可以采用更高功率的激光雷達(dá)而不會(huì)對(duì)人眼造成傷害。
Luminar利用1550nm激光器獲得了40倍于905nm激光器的激光脈沖強(qiáng)度。超強(qiáng)的功率使其激光雷達(dá)的探測(cè)范圍擴(kuò)大了10倍,分辨率提高了50倍。
1550nm 波長(zhǎng)激光雷達(dá)需要采用光纖激光器,搭配InGaAs接收器。硅基傳感器對(duì)1550nm波長(zhǎng)的激光沒(méi)有響應(yīng),但室溫下的銦鎵砷(InGaAs)傳感器可以。
Luminar在2018年收購(gòu)了美國(guó)芯片設(shè)計(jì)商Black Forest Engineering,后者一直專(zhuān)注于研究高性能 InGaAs 接收器,可用于探測(cè) Luminar 激光雷達(dá)系統(tǒng)所特有的 1550nm波長(zhǎng)激光。
3.2 提高探測(cè)器的量子效率:SPAD和SiPM探測(cè)器
SiPM 和 SPAD 正成為新興的激光雷達(dá)探測(cè)器。SiPM 和 SPAD 可探測(cè)距離超過(guò)200m、5%的低反射率目標(biāo),在明亮的陽(yáng)光下也能工作,分辨率極佳,且盡可能小的光圈和固態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)緊湊的系統(tǒng)集成到汽車(chē)中,并極具成本優(yōu)勢(shì)。
3.3 采用相干探測(cè)方法:FMCW調(diào)頻連續(xù)波
FMCW 激光雷達(dá)發(fā)射調(diào)頻連續(xù)激光,通過(guò)回波信號(hào)與參考光進(jìn)行相干拍頻得到頻率差,從而間接獲得飛行時(shí)間反推目標(biāo)物距離,同時(shí)也能夠根據(jù)多普勒頻移信息直接測(cè)量目標(biāo)物的速度,其技術(shù)發(fā)展方向?yàn)槔霉杌怆娮蛹夹g(shù)實(shí)現(xiàn)激光雷達(dá)系統(tǒng)的芯片化。
FMCW 激光雷達(dá)的高靈敏性體現(xiàn)在它的單光子探測(cè)和抗干擾能力。FMCW在系統(tǒng)內(nèi)預(yù)留了一部分激光作為參考激光,用于與目標(biāo)的回波激光進(jìn)行混頻,通過(guò)混頻就可實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)回波激光的放大,但對(duì)自身發(fā)出的光信號(hào)不存在放大作用。
從相干激光雷達(dá)的探測(cè)信噪比可以看出,當(dāng)參考激光功率足夠大,F(xiàn)MCW激光雷達(dá)就消除了熱噪聲、暗電流以及太陽(yáng)背景光或其他光源的噪聲影響,使得FMCW激光雷達(dá)具備不受背景光干擾的單光子探測(cè)能力。
內(nèi)置的參考激光另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使得FMCW激光雷達(dá)噪聲比較穩(wěn)定,其內(nèi)部可控制的噪聲使得FMCW激光雷達(dá)虛警概率約等于0,即每個(gè)點(diǎn)都是真實(shí)的目標(biāo)點(diǎn),無(wú)假目標(biāo)點(diǎn)。
FMCW激光雷達(dá)可使用基于硅光技術(shù)的鍺硅探測(cè)器,成本更低。目前FMCW激光雷達(dá)中的接收模塊主要還是利用分立的平衡光探測(cè)器(Balance Photo Detector,BPD)陣列進(jìn)行相干探測(cè)。
使用基于硅光技術(shù)的鍺硅探測(cè)器能夠?qū)崿F(xiàn)單片集成BPD陣列,在保證接收模塊器件一致性的同時(shí),可以和系統(tǒng)中其他硅基器件進(jìn)行單片集成,顯著降低系統(tǒng)的尺寸和成本。
04、激光雷達(dá)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局梳理
4.1 國(guó)內(nèi)國(guó)外齊開(kāi)花,技術(shù)路線(xiàn)各有千秋
行業(yè)內(nèi)主要的激光雷達(dá)公司包括美國(guó)的Velodyne、Luminar、Aeva、Ouster,以色列的Innoviz,德國(guó)的Ibeo,以及國(guó)內(nèi)的速騰聚創(chuàng)。
從技術(shù)選擇路徑和目標(biāo)市場(chǎng)來(lái)看,Luminar、Aeva、Innoviz、Ibeo主要面向無(wú)人駕駛和量產(chǎn)乘用車(chē)ADAS市場(chǎng),開(kāi)發(fā)相應(yīng)的(半)固態(tài)激光雷達(dá),其技術(shù)特點(diǎn)各有不同。
Luminar選用1550nm 光源和探測(cè)器而非市場(chǎng)主流的905nm光源和探測(cè)器,Aeva選擇FMCW而非市場(chǎng)主流的飛行時(shí)間法,Innoviz通過(guò)采MEMS二維微振鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)激光掃描和接收,通過(guò)減少激光器和探測(cè)器數(shù)量來(lái)降低成本,Ibeo則選用VCSEL和SPAD面陣的純固態(tài)激光雷達(dá)方案。
4.2 華為大疆入場(chǎng),加速激光雷達(dá)降本趨勢(shì)
基于場(chǎng)景分析,華為設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)了96線(xiàn)中長(zhǎng)距激光雷達(dá)產(chǎn)品,可以實(shí)現(xiàn)城區(qū)行人車(chē)輛檢測(cè)覆蓋,并兼具高速車(chē)輛檢測(cè)能力,更符合中國(guó)復(fù)雜路況下的場(chǎng)景。
?大視野120°×25°,應(yīng)對(duì)城區(qū)、高速等場(chǎng)景的人、車(chē)測(cè)距訴求。
?全視野中,水平、垂直線(xiàn)束均勻分布,不存在拼接、抖動(dòng)等情況,形成穩(wěn)定的點(diǎn)云對(duì)后端感知算法非常友好。
?小體積,適合前裝量產(chǎn)車(chē)型需求。
Livox 覽沃科技與全球知名智能汽車(chē)品牌小鵬汽車(chē)正式達(dá)成合作。Livox 將為小鵬汽車(chē)從 2021 年開(kāi)始量產(chǎn)的全新車(chē)型提供車(chē)規(guī)級(jí)激光雷達(dá)技術(shù)。在本次合作中,Livox基于浩界車(chē)載激光雷達(dá)平臺(tái)為小鵬汽車(chē)進(jìn)行一系列定制化開(kāi)發(fā),最終量產(chǎn)供貨版本將實(shí)現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先的性能指標(biāo)。
其中,浩界車(chē)規(guī)版(Horiz)的探測(cè)距離將由公開(kāi)測(cè)試版(Horizon)的90米提升至150米(針對(duì)10%反射率目標(biāo)物),助力小鵬XPILOT自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)更加游刃有余地應(yīng)對(duì)高速公路、城區(qū)道路等場(chǎng)景下遠(yuǎn)處障礙物的超前檢測(cè)。
Livox 團(tuán)隊(duì)自2016 年成立以來(lái),始終聚焦于可大規(guī)模量產(chǎn)的高性?xún)r(jià)比激光雷達(dá)技術(shù)方案的研發(fā)與產(chǎn)品化,致力于打破激光雷達(dá)行業(yè)“價(jià)格高”、“難量產(chǎn)”、“可靠性低” 三大瓶頸。
Livox團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)4年潛心研發(fā),在智能硬件制造、全球供應(yīng)鏈管理等方面已建立起強(qiáng)大優(yōu)勢(shì),并于2020年推出了一系列車(chē)載激光雷達(dá)新產(chǎn)品,為激光雷達(dá)行業(yè)的量產(chǎn)化打開(kāi)了新局面。Livox 具備了行業(yè)領(lǐng)先的制造能力,在實(shí)踐中積累了激光雷達(dá)精密制造面向規(guī)?;慨a(chǎn)項(xiàng)目的寶貴經(jīng)驗(yàn),為車(chē)規(guī)級(jí)前裝市場(chǎng)的崛起鋪平道路。
覓道Mid-40是Livox研發(fā)的高性?xún)r(jià)比激光雷達(dá),可探測(cè)遠(yuǎn)至260米的物體。獨(dú)特的非重復(fù)采樣策略,助其精確探測(cè)視場(chǎng)中每個(gè)細(xì)節(jié)。而這一切都蘊(yùn)含于小巧的機(jī)身中,可輕松嵌入各種平臺(tái)。Mid-40現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn),可立即供貨,助力移動(dòng)機(jī)器人、園區(qū)物流、車(chē)路協(xié)同、測(cè)繪、安防等領(lǐng)域從小批量測(cè)試走向大規(guī)模應(yīng)用。
05、 總結(jié)
我們認(rèn)為,以特斯拉為代表的造車(chē)新勢(shì)力在駕駛上給消費(fèi)者帶來(lái)了更“智能化”的體驗(yàn),也將引領(lǐng)汽車(chē)行業(yè)L3 級(jí)及以上自動(dòng)駕駛的加速落地,而激光雷達(dá)被認(rèn)為是L3級(jí)及以上自動(dòng)駕駛的必備傳感器,將深度受益汽車(chē)行業(yè)自動(dòng)駕駛發(fā)展趨勢(shì)。
當(dāng)前階段激光雷達(dá)多技術(shù)共同發(fā)展,MEMS 激光雷達(dá)漸成主力,OPA 和Flash 純固態(tài)方案未來(lái)可期,隨著激光雷達(dá)過(guò)車(chē)規(guī)和降本問(wèn)題逐漸得到解決,激光雷達(dá)上車(chē)搭載有望加速。
1)整車(chē):L3 級(jí)及以上自動(dòng)駕駛極大豐富了用戶(hù)的駕駛體驗(yàn),自動(dòng)駕駛選裝、軟硬件?FOTA 給整車(chē)企業(yè)帶來(lái)新的利潤(rùn)增長(zhǎng)空間,自動(dòng)駕駛領(lǐng)域布局卡位良好、具備自研能力、響應(yīng)速度更快的車(chē)企具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。推薦吉利汽車(chē)、長(zhǎng)城汽車(chē)、上汽集團(tuán)、廣汽集團(tuán)、長(zhǎng)安汽車(chē),建議關(guān)注特斯拉、蔚來(lái)汽車(chē)、小鵬汽車(chē)、理想汽車(chē)等。
2)激光雷達(dá)供應(yīng)商:激光雷達(dá)被認(rèn)為是?L3 級(jí)及以上自動(dòng)駕駛的必備傳感器,將深度受益汽車(chē)行業(yè)自動(dòng)駕駛發(fā)展趨勢(shì)。建議關(guān)注禾賽科技、速騰聚創(chuàng)、鐳神智能、華為、Livox 等。
3)激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈上游供應(yīng)商:激光雷達(dá)行業(yè)的上游產(chǎn)業(yè)鏈主要包括激光器和探測(cè)器、FPGA 芯片、模擬芯片供應(yīng)商,以及光學(xué)部件生產(chǎn)和加工商等。建議關(guān)注炬光科技、安森美半導(dǎo)體等。
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