侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

FMCW激光雷达核心技术及量产难点分析

2019-06-04 10:48
来源: 微迷网

据麦姆斯咨询报道,最近Aurora全资收购Blackmore了,这是否代表激光雷达(LiDAR)的未来发展方向?

本文试图从国外汽车制造商及Tier 1供应商的投资逻辑,从毫米波雷达的历史来分析一下调频连续波(FMCW)激光雷达的技术前景以及其中的量产难点。

FMCW激光雷达被称为激光雷达领域皇冠上的明珠,相较于脉冲式激光雷达有着明显的性能优势,主要体现在以下几个方面:

1. 抗太阳光和其它激光的干扰,保证传感器的安全可靠;

2. 多普勒效应单像素实时测速,提供4D信息,有助于目标分类;

3. 更高的灵敏度和动态范围(>60dB);

4. 适合硅光子和相控阵(OPA)技术低成本批量生产。

FMCW激光雷达的门槛高、发展晚,不为大多数人所知。全世界能做脉冲式激光雷达的少说有上百家,但能做FMCW激光雷达的寥寥无几。正所谓外行看热闹,内行看门道,只有懂FMCW的人才能欣赏它。看看最近的几个案例:2017年通用Cruise收购Strobe;2018年宝马、丰田投资Blackmore;还有2019年5月24日Aurora收购Blackmore。

全世界的激光雷达厂商那么多,为何Cruise、宝马、丰田、Aurora都对FMCW青睐有加?财大气粗也罢,押宝赛道也罢,人家真的是钱多人傻吗?NO。看看遍地开花的毫米波雷达就知道了,几乎全是基于FMCW原理。所以,应该是他们的投资策略高瞻远瞩。据传闻,Intel正在研发基于硅光子的FMCW激光雷达,苹果和Waymo也在评估和寻求进入FMCW激光雷达领域。

铺垫完毕,接下来我们借“Aurora全资收购Blackmore”的新闻,来扒一下几家美国FMCW激光雷达公司背后的核心技术。

FMCW激光雷达有几大组成部分(参考图1):1)线性调频窄线宽激光;2)MZI干涉仪;3)光束扫描机构;4)平衡光电探测器;5)数字信号处理。这里每一个模块相较于脉冲式激光雷达都更有难度,但其中最考验厂家功力的是线性调频窄线宽激光器,而这也正是Blackmore和Strobe有着多年积累的看家本领了。

FMCW激光雷达核心技术及量产难点分析

图1:FMCW激光雷达框架示意图

首先看看Blackmore。它是由位于美国蒙大拿(Montana)的Bridger Photonics成立的子公司,因此Blackmore的FMCW技术来自于其母公司。他们早在十年前就开始研发线性调频激光测距技术了,图2来自他们十年前发表的论文。具体的调频涉及电机驱动、PZT压电陶瓷驱动和电流驱动。熟悉光栅反射外腔调谐激光器的朋友们马上会想到New Focus velocity系列激光器——它就是采用电机带动光栅旋转实现低速大范围调频,加上PZT压电陶瓷高速偏转高速小范围调频,以及通过半导体激光器的电流驱动实现更高速度的小范围调频。

FMCW激光雷达核心技术及量产难点分析

图2:利用自差拍技术实现宽带激光调频线性化的实验装置

图3和表1摘自Blackmore母公司Bridger Photonics于2015年申请的一篇专利(US20150071315A1),进一步证实了上述猜测。该专利中也列出了几种激光器选项:Thorlabs的PICO-D™激光器、Luna Technologies的Phoenix 1000™激光器,以及Advanced Semiconductor lasers家的未知型号激光器。在这三家激光器中,PICO-D恰好是使用外置光栅调频的外腔激光器(参见图4),与Brdger Photonics论文和专利中描述的通过三个不同调频机制实现反馈调节的描述一致。

如果Blackmore在当前的产品中依然在使用该类型激光器,以及专利中描述的激光调频线性化方案,那么可以认为其激光雷达不可能满足量产车规的要求。为什么呢?首先,这款激光器的成本大于2万美元,并且其使用的光栅外腔结构体积大,在汽车振动环境中也很难保持稳定性和可靠性。而在图2和图3中,他们所使用的激光调频线性化方案,使用了成本、功耗和体积都很高的AOM声光调制器,这些都显著增加激光系统的成本和体积,使其几乎不可能满足量产自动驾驶汽车的要求。还有一个问题是,依据上述专利中的描述,激光扫频范围约为50GHz,而表1中激光扫频速率为5THz/s,也就是说需要10ms的扫描时间。这很难满足采样速度、帧率和FMCW实时测速的要求。当然这是几年前的信息,他们是否已经找到其它替代的激光器暂不得而知。或许过一段时间,Aurora会发现其中的端倪。

FMCW激光雷达核心技术及量产难点分析

图3:Bridge Photonics线性调频激光实现方案

FMCW激光雷达核心技术及量产难点分析

表1:Brdige Photonics专利中列举的几种可能使用的种子激光源

FMCW激光雷达核心技术及量产难点分析

图4:Thorlabs PICO-D™激光器及其结构示意图

话说回来,使用这种大范围(几十到上百纳米)扫频激光器可以测量物体的绝对长度,并且达到接近微米级别的测量精度,这在工业高精度测量中大有用武之地,这大概是为什么德国ZEISS今年年初投资了美国FMCW激光雷达公司——Bridger Photonics的原因吧。

1  2  下一页>  
声明: 本文系OFweek根据授权转载自其它媒体或授权刊载,目的在于信息传递,并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责,如有新闻稿件和图片作品的内容、版权以及其它问题的,请联系我们。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号