跨越五大障礙，激光雷達有望實(shí)現新突破

　　據麥姆斯咨詢(xún)報道，LiDAR這項技術(shù)已經(jīng)在許多應用領(lǐng)域取得了相當大的進(jìn)展，僅舉幾例：空間測繪、無(wú)人駕駛汽車(chē)、安防和無(wú)人機等。然而，現如今傳統的LiDAR體系架構的發(fā)展正面臨著(zhù)五大挑戰，使其無(wú)法作為一種經(jīng)濟高效的解決方案大規模使用，而此解決方案可提高汽車(chē)性能和安全性，解決更多的工業(yè)流程問(wèn)題和應用，并為消費類(lèi)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)系統的訓練，但是由于無(wú)法滿(mǎn)足尺寸、可靠性和成本的要求，暫時(shí)還無(wú)法在量車(chē)汽車(chē)中展開(kāi)部署。正在開(kāi)發(fā)的新型LiDAR系統可以滿(mǎn)足廣泛生產(chǎn)部署的所有要求，但首先，讓我們先來(lái)回顧一下需要克服哪些挑戰。

　　當今LiDAR系統面臨的五大挑戰

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

　　1. 尺寸

　　如今多數LiDAR系統都是安裝在汽車(chē)頂部的一套大型旋轉裝置，非常顯眼。但該技術(shù)不符合OEM(原始設備制造商)大眾市場(chǎng)部署的尺寸、成本或汽車(chē)認證要求。雖然目前有一些尺寸較小的旋轉LiDAR裝置，通過(guò)將多個(gè)單元嵌入至汽車(chē)的各個(gè)區域來(lái)擴大應用，但是這些組件仍然太大，有些甚至是通過(guò)犧牲性能(分辨率和距離)來(lái)減小尺寸。如果繼續將復雜的旋轉機械部件壓縮進(jìn)更小的封裝，或者使用無(wú)法進(jìn)一步減少成本或滿(mǎn)足汽車(chē)一級資質(zhì)要求的技術(shù)和部件，收效將會(huì )逐步減小，這就要求對技術(shù)進(jìn)行根本性的變革。

　　2. 成本

　　LiDAR的演示通常會(huì )在客戶(hù)中引發(fā)一陣高潮，不幸的是，他們后來(lái)發(fā)現演示模型的制勝功能依賴(lài)于昂貴的、非指定的組件，而這些組件卻無(wú)法滿(mǎn)足汽車(chē)級認證。主要的成本驅動(dòng)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(mǎn)足距離要求，并設法使激光束覆蓋所需的視場(chǎng)。

　　目前試驗中部署的LiDAR中的多數技術(shù)都無(wú)法針對大眾市場(chǎng)應用降低成本。盡管有人聲稱(chēng)產(chǎn)量的增加會(huì )降低成本，但是如果不進(jìn)行重大的設計修訂，即使有高產(chǎn)量或設計改進(jìn)都是不夠的。

　　3. 可靠性

　　現如今的LiDAR系統大多是基于宏觀(guān)機械或微機電系統(MEMS)，具有運動(dòng)部件的所有缺點(diǎn)，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。由于大多數材料不具備在汽車(chē)一級溫度范圍(-40°C至125°C)內工作的條件，所以它們在熱應力下的故障率會(huì )很高。比較明確的做法是用固態(tài)替代方案替換運動(dòng)部件，使每個(gè)部件都能夠滿(mǎn)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(cháng)的一段路要走，畢竟現在很少有激光器能滿(mǎn)足一級車(chē)規的要求。

　　4. 探測距離

　　現在LiDAR系統已經(jīng)證明了可以實(shí)現相對較遠的探測距離，但是目前存在一個(gè)大家廣泛持有的假設是，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(shí)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(jià)格卻非常高?，F已開(kāi)發(fā)出廉價(jià)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(cháng)期以來(lái)，1550nm波長(cháng)的激光被認為是人眼安全的最佳數值。它確實(shí)是比那些可以穿透眼睛進(jìn)入視網(wǎng)膜的激光類(lèi)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)的主導地位目前正受到新的器件拓撲的挑戰，這些器件拓撲可使較短的波長(cháng)變得安全。

　　應對尺寸挑戰

　　好消息是什么?在車(chē)輛頂部旋轉萬(wàn)向架上安裝大型旋轉“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系統的占位面積。照明解決方案制造商可以將數百個(gè)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系統整體尺寸，同時(shí)還能提供照亮整個(gè)視場(chǎng)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(chē)應用中，這就可以將LiDAR安放在汽車(chē)外部和內部的多個(gè)位置，以有效地測量距離可為數米或遠至200多米的物體。這些變化為無(wú)人駕駛汽車(chē)提供了額外的環(huán)境監測和防碰撞功能。

圖1 TriLumina生產(chǎn)的VCSEL芯片