在相當長的一段時間里,我們對激光雷達“技術路線”的討論,都停留在ToF激光雷達“按掃描架構如何分類”,卻忽略了一個更高維度的分類:以測距方式為依據(jù),激光雷達可分為ToF與FMCW兩個大類。

 

除光學鏡頭有相同之處,這是兩個幾乎完全不同的品類??梢哉f,TOF與FMCW的分類,要遠比所謂“機械旋轉、MEMS、轉鏡、棱鏡、Flash”這樣的分類重要得多。

 

從公開信息看,截止目前,從事FMCW激光雷達公司研發(fā)的大致有如下兩股力量:
1.從一開始就聚焦于FCMW路線的公司,如Aeva、Mobileye、Blackmore、LightIC、Strobe、Analog PhotonicsBaraja、Scantinel PhotonicsBridger Photonics、Insight LiDAR、SiLC、OURS、光勺科技、光珀、洛微、微源光子等;

2.Waymo、禾賽、華為等現(xiàn)階段以ToF路線為主的公司。

 

有意思的是,在2017年之后成立的公司,幾乎都沒有做TOF產(chǎn)品,而是從一開始就走FMCW路線。因為,在這些公司看來,TOF路線已經(jīng)被先發(fā)的公司做得比較成熟了,他們再做機會已經(jīng)不多了;并且,TOF技術路線固有的局限性,也需要通過一種新的技術路線來“彌補”。

 

然而,盡管參與者甚眾,但據(jù)光勺科技CEO姚建在幾個月前的一次演講中說,目前,在全球范圍內能提供FMCW激光雷達樣機的就Aeva、Blackmore、光勺等極少數(shù)幾家。

 

FMCW這個概念容易給人一種“不明覺厲”的感覺,但除少數(shù)從業(yè)者外,外界對FMCW激光雷達所知甚少。

 

9月份,《九章智駕》閱讀了超過10萬字關于FMCW激光雷達的公開資料,并在這些資料的基礎上又梳理出數(shù)十個問題,然后,帶著這些問題跟光勺科技CEO姚建、洛微CTO Andy.Sun、摯感光子IC設計總監(jiān)吳雷等6位業(yè)內專家做了深入交流,整理出本系列關于FMCW激光雷達的“科普文”。

 

在采訪的過程中,《九章智駕》發(fā)現(xiàn)了一個很有意思的現(xiàn)象:對關于FMCW的一些基本問題,從業(yè)者們之間尚未完全達成共識。

 

一.FMCW激光雷達的定義

 

FMCW的全稱是 Frequency Modulated Continuous Wave,翻譯成中文為“調頻連續(xù)波”,它是一種相比于TOF的激光雷達測距原理。因此,在談FMCW前,我們先簡單地介紹一下TOF。

 

TOF(全稱為Time of Flight,中文名為“飛行時間法”)的測距原理是:用光脈沖在目標物與激光雷達間的飛行時間乘以光速來測算距離。TOF激光雷達采用脈沖振幅調制技術(AM),因而也被稱為AM激光雷達。

 

ToF路線不同,F(xiàn)MCW主要通過發(fā)送和接收連續(xù)激光束,把回光和本地光做干涉,并利用混頻探測技術來測量發(fā)送和接收的頻率差異,再通過頻率差換算出目標物的距離。

 

具體地說,激光束擊中目標被反射,反射會影響光的頻率——如果目標物向車輛走來,頻率會升高;如果目標物和車輛同方向行走,則頻率會降低。當反射光返回到測器,與發(fā)射時的頻率相比,就能測量兩種頻率之間的差值,從而計算出物體的距離信息。

 

簡言之,ToF使用時間來測量距離,而FMCW使用頻率來測量距離。

 

下圖以三角波調頻連續(xù)波為例來介紹其測距原理藍色為發(fā)射信號頻率,紅色為接收信號頻率,發(fā)射的激光束被反復調制,信號頻率不斷變化。

 


FMCW激光雷達科普(上):基本概念、技術路線、優(yōu)勢及爭議和誤解

圖片摘自公眾號“美團無人配送”于2021年6月28日發(fā)布的《主流激光雷達分類及原理》

此外,據(jù)FMCW激光雷達公司CEO奚先生介紹,FMCW與TOF還有一個很明顯的不同:TOF為了減少環(huán)境光的干擾,重點在于濾波,即將工作波長以外的光擋在雷達接收器以外;而FMCW只對自身發(fā)射的激光產(chǎn)生干涉,不受其他光源的光干擾。簡單說,TOF是“排斥異己”,而FMCW是“吸引同類”。

FMCW激光雷達的核心技術多來自光通信領域,微源光子董事長兼總經(jīng)理朱曉琪說,FMCW激光雷達收發(fā)信號的調制解調算法跟光通信產(chǎn)品的光模塊有很大類似之處;用光勺科技CEO姚建的話說,就是“把光通信產(chǎn)品的發(fā)射端和接收端放到一起,然后把光纖折起來,就是一個FMCW激光雷達”。

 

光通信領域中用到大量的硅光技術,而FMCW激光雷達的接收和掃描中也需要用到硅光芯片。所謂硅光芯片,即在CMOS的晶元上做很多光路的控制,包括有源的控制、調制解調這些控制。簡單地說,與普通的硅芯片相比,硅光芯片既能導電又能導光。

 

當然,光通信產(chǎn)品也并非一開始就基于硅光技術。早期的光通信產(chǎn)品,也用到了很多分立器件,其典型特點是體積大、成本高;隨著硅光技術成熟并被引入,光通信產(chǎn)品開始朝著集成化方向發(fā)展,應用規(guī)模也開始大幅度增長。

 

鑒于FMCW激光雷達高度依賴于硅光的產(chǎn)業(yè)鏈,因此,F(xiàn)CMW激光雷達公司的成長節(jié)奏也在很大程度上受制于硅光產(chǎn)業(yè)鏈的成熟度。

 

某激光雷達公司創(chuàng)始人告訴《九章智駕》:“為什么DARPA系的FMCW激光雷達公司基本上都是在2018年之后才成立?因為,只有這個時候,硅光的工藝才算成熟了。硅光通信也就是最近兩三年才火起來的。在此之前,由于沒有辦法依賴硅光的集成來降低成本,因此,做FMCW的成本一定很高。”

 

二.FMCW激光雷達的技術路線

 

1.按相干的方式分類

 

據(jù)光勺科技CEO姚建等介紹,F(xiàn)MCW按光波的相干方式,可分為調頻和調相兩種。兩者在實際上是一樣的(調頻的導數(shù)就是調相,調相的積分就是調頻),但實現(xiàn)方法什么不太一樣

調頻,類似于把光波的信號加在一根“彈簧”上,彈簧被壓縮或拉升;

調相,是給信號加上一個隨機的編碼調制,本質上一種編碼技術。

 

按洛微CTO Andy Sun的說法,相位和頻率是關聯(lián)的,調相可以看作是一種非線性或編碼形式的調頻。

 

線性調頻FMCW的優(yōu)勢在于FFT的信號處理技術提供極高的信噪比,且芯片和IP非常成熟,但對激光器的調頻線性度要求很高,市面現(xiàn)有的激光器價格較高,但近年來隨著采用低成本光通信激光器技術的供應商不斷涌入,未來成本會大為降低。線性調頻技術的代表公司為Blackmore和SILC

 

編碼調相或非線性調頻,對激光器的調制的要求較低,可以采用更易獲得的大出光功率的光纖激光器,但缺點則在于ADC采樣速率要求很高,需要特殊的DSP算法且信噪比相對FFT較低。采用這種技術路線的代表公司為Aeva、光勺科技。

 

Andy Sun認為,相比于非線性調頻或編碼調相,線性調頻方式可實現(xiàn)更高的信噪比,因此,在做遠距離FMCW激光雷達時會是更好的選擇。

 

2.按調頻的實現(xiàn)方式分類

 

某不愿具名的激光雷達廠商負責人稱,調頻有兩種實現(xiàn)方法

外調,即用光電調制器把射頻信號加載上去實現(xiàn)調頻;

直調,即直接改變激光器的工作電流,讓它的工作波長實現(xiàn)線性調頻。

 

這兩種方案在性能上沒有什么區(qū)別,但集成度和成本很不一樣:

外調的集成度很低,成本很高;

直調的方式省掉了調制器和信號源的成本,但實現(xiàn)難度比較大。

 

按上述人士的說法,目前,在激光雷達廠商中,只有Aeva一家搞定了直調技術。

 

三.FMCW相比于TOF的優(yōu)勢

 

TOF相比,F(xiàn)MCW激光雷達有哪些優(yōu)勢呢?下面,我們結合TOF激光雷達的局限性來一一做對比分享。

 

1.TOF的光波容易受環(huán)境光干擾,而FMCW的抗干擾能力很強

 

TOF的關鍵技術在電信號(通過調制電的脈沖讓光的脈沖更窄,變成電信號,然后再去操縱電信號來解析出來這個脈沖),而電信號的一大特質是,很容易被環(huán)境噪聲干擾。

 

TOF激光雷達因為采用的直接探測,對所有進入探測器的光都響應,因此,當車上安裝的激光雷達比較多或多輛搭載激光雷達的車在同一個區(qū)域行駛時,如何避免各激光雷達發(fā)出的光波互相干擾就成為一大難題。

 

為解決這些問題,各激光雷達廠商不得不投入大量資金去研究專門的抗干擾技術。最常見的技術是,對每一束激光脈沖進行單獨編碼,使不受其他激光雷達干擾。不過,編碼會導致信噪比下降,進而犧牲測距能力。

 

此外,TOF激光雷達還很容易受強光的影響。如果在工作時面向陽光,則在陽光時,它就很難看清目標了。想象一下,攝像頭和激光雷達同時因陽光太強而失靈,會是個什么情況?

 

Luminar等廠商為了實現(xiàn)更長的探測距離,甚至采用了1550納米激光器,但姚建等人認為,1550納米激光器如果用于TOF,會對陽光比較敏感,因而無法在強光下工作。

 

當然,這個問題也并非完全無解。比如,可以通過各種濾來對抗干擾;也可以把系統(tǒng)的焦距做得更長——焦距長了,單點測試的視場角就更小了,因而,接觸到的陽光也會更少。注意,后一種做法的代價是,會犧牲FOV。

 

不過,對FMCW激光雷達來說,“干擾”就再不是一個問題了。

 

首先,FMCW基于相干原理(被反射回的光跟本地光干涉),它只能接收到自己發(fā)出去的光(頻率相同或相近),因而不會受到各種“雜光”的干擾——這里的“雜光”,既包括來自其他激光雷達的光,也包括太陽光等環(huán)境光。

 

其次,按光勺姚建的說法,FMCW激光雷達是單光子,它內置的光源的強度要比反射進來的陽光強度高至少三個數(shù)量級,因此,陽光對它的影響基本可以忽略不計。

 

此外,FMCW激光雷達抗干擾能力強,還有一個原因是:濾波片很小很小。

 

前面說過,加濾波片是對抗環(huán)境光干擾的一種手段,濾波片的帶寬越小,抗干擾能力越強。通常,TOF激光雷達的濾波片帶寬有20-30納米,而FMCW激光雷達的濾波片帶寬則在0.01納米以內。

 

2.TOF的信噪比過低,而FMCW的信噪比很高

 

信噪比過低,是TOF激光雷達難以擺脫的一個痛點。具體地說,一款激光雷達宣稱探測距離達200米,但實踐中,它可能無法區(qū)分出所謂的目標物究竟是真目標還是偽目標。

 

原因在于,目標物對陽光等環(huán)境光的反射、漫反射等會引起不必要的噪聲信號,而在接收端,這些噪聲信號又會被轉換為電信號,并被放大。

 

據(jù)姚建介紹,TOF激光雷達遇到的噪音在業(yè)內被稱為“加性噪音”。所謂“加性噪音”,即探測端接收端到了信號,但這有可能是偽目標點”。通常,TOF激光雷達需要根據(jù)反射率去判斷這個點究竟是真目標點還是“偽目標點”。

 

FMCW激光雷達就不必擔心這個問題。原因有二:

 

(1).FMCW激光雷達的探測端只能接收到自己發(fā)出去的光,因此,如果返回的光不匹配最初傳輸?shù)臅r間、頻率和波長,FMCW激光雷達知道過濾掉那個數(shù)據(jù)點,這意味著能夠實現(xiàn)更精確的目標檢測。

 

2).FMCW激光雷達中,除了激光器所發(fā)出的信號光外,還有經(jīng)過光束分束器的本振光,信號光的回波和本振光一同耦合到光探測。除了接收到光信號光功率,外本地震蕩光功率也一同與背景噪聲相競爭,結果就壓抑了噪聲。

 

通常,FMCW激光雷達的信噪比要比TOF高10倍以上。FMCW激光雷達公司CEO奚先生甚至認為,FMCW激光雷達采用相干的檢測方式,其信噪比可以比TOF高3-4個數(shù)量級,并且,“隨著半導體工藝更加精進,其干涉效率還會進一步提升”,理論上可以實現(xiàn)單光子探測。

 

用姚建的話來說,FMCW激光雷達的噪音屬于“乘性噪音”,即“一旦探測端收到了某個信號,那前方目標就是真實存在的,而不是‘偽目標’”。

 

遠距離激光雷達往往會犧牲FOV來追求更長的探測距離,這其實對信噪比要求比較高,因此,在技術成熟后,F(xiàn)MCW會是遠距離感知更好的選擇。

 

3.TOF的速度維數(shù)據(jù)質量低,而FMCW可獲取每個像素點的速度維數(shù)據(jù)

 

FMCW激光雷達廠商的PR中,“速度維數(shù)據(jù)”是一個無法回避的亮點。那么,TOF激光雷達就不能提供目標物的速度維數(shù)據(jù)嗎?

 

未必。準確地說,TOF僅通過測量發(fā)出的激光脈沖的返回時間計算距離,因而“無法直接獲取目標物的速度信息”。在實踐中,TOF是根據(jù)目標物在激光雷達工作中各幀之間的位移及時間差等,利用深度學習技術測算出其瞬時速度。

 

然而,按照某FMCW激光雷達公司創(chuàng)始人的說法,在許多情況下,一款號稱探測距離達到300米的TOF激光雷達,一旦目標物的距離超過某100米,由于激光雷達打在上面的線數(shù)太少,速度就很難被計算出來。

 

洛微CTO Andy Sun提到另一種原因:速度計算中需要用到2幀之間距離差對時間差求導數(shù),對噪聲的敏感度很高,這會導致計算結果的誤差會非常大,甚至根本就不能用。實踐中通常需要使用遠多2幀的數(shù)據(jù)做平滑來降低噪音干擾,算出來的速度會靠譜一些,但這樣做又會導致過大的時延。

 

FMCW激光雷達就不必擔心這個問題。因為,F(xiàn)MCW的反射光頻率會因為多普勒效應根據(jù)前方移動物體的速度而改變,可直接計算出目標物每個像素點的速度數(shù)據(jù)。

 

速度維數(shù)據(jù)有什么用?

 

FMCW激光雷達公司CEO奚先生提到這樣兩個場景:

 

1).一輛自動駕駛車輛正以120公里時速行駛,突然被另一輛以125公里的時速行駛的車輛近距離加塞,會發(fā)生什么?

 

在人開車的情況下,駕駛員通常會敏銳地意識到,另一輛車在加塞成功后跟我的間隙會越來越大,因此,我不必采取任何措施;但對自動駕駛系統(tǒng)來說,這是一件非常難的事情——由于無法獲取精確的速度維數(shù)據(jù),攝像頭及TOF激光雷達均無法幫助決策系統(tǒng)做出“它(加塞車輛)跟我的間隙會越來越大”的判斷,事實上,緊急制動才是自動駕駛系統(tǒng)在這種情況下更常見的舉措,而這容易引發(fā)后方(被)追尾。

 

但如果將TOF激光雷達換成FMCW,問題便迎刃而解了。因為,F(xiàn)MCW激光雷達不僅可以精確地檢測到加塞車輛的位置,而且也會精確地探測到加塞車輛的矢量速度,從而幫助決策系統(tǒng)做出“我只要不加塞,就能避免碰撞”的結論,因此,就避免了不必要的剎車。

 

2).下雨天,車輛前輪胎會濺起水霧,TOF激光雷達射到水霧上后,形成的點云也是一團一團的,看起來跟車輛或其他障礙物沒什么區(qū)別,這種信息,會給決策系統(tǒng)造成很大的困擾——是剎車還是不剎車呢?如果經(jīng)常因水霧而誤剎車,不僅乘坐體驗很差,而且還埋下了安全隱患(被追尾)。

 

但如果將TOF換成FMCW,問題便迎刃而解了。因為,前輪胎濺起的水霧,都有明顯的上升和下降的軌跡,而FMCW激光雷達可通過這些矢量速度信息,幫助決策系統(tǒng)判斷出它們是“水霧”,因而在決策算法將其過濾掉。

 

而姚建則舉了這樣幾個例子:

 

(1).有摩托車被白色汽車遮擋,只漏出一個小角,對這樣的目標,TOF是無法識別的,而FMCW則因為可以監(jiān)測到這一個“小角”的速度信息,就能夠識別。

 

(2).兩輛車貼得很近,TOF激光雷達很難分清這究竟是一輛車還是兩輛車,但FMCW因為可以獲取車輛每個像素點的速度信息,便可以很容易就將兩輛車區(qū)分開來。

 

(3).監(jiān)測行人時,TOF激光雷達只能籠統(tǒng)地判斷出“那兒有一個人”,而FMCW則可以清晰地看哪邊是這個人的左胳膊、哪邊是右胳膊。

 

姚建解釋道:“因為有速度維數(shù)據(jù),激光在碰到障礙物后哪怕只返回了一個點(目標物反射率過低、距離過遠等原因導致),也不大會影響監(jiān)測結果。”

 

按姚建的說法,FMCW激光雷達的探測距離可長達500-600米。這也是Aurora在轉向干線物流場景后決定收購FMCW激光雷達廠商Blackmore的關鍵原因——卡車需要看得很遠,而在遠處激光雷達的光點就很稀疏了,但如果有了速度維數(shù)據(jù),光點稀疏就不是個嚴重的問題了。

 

姚建稱,除延長了有效探測距離外,速度維數(shù)據(jù)還可以帶來以下兩大好處:
1.由于反射率很低的物體也可以被僅憑一個光點就被探測到,因此,反射率是多少就不那么重要了。所以,用戶可以不必再專門去測各種目標的反射率。

2.從傳感器曾經(jīng)就輸出目標物每個像素點的速度,這便減少了后端處理對算力的要求。并且,傳感器融合的算法架構也好做了。

 

此外,速度維數(shù)據(jù),還可以彌補FMCW激光雷達在點頻上的劣勢。

 

TOF激光雷達廠商負責人說,與TOF測距一次需要2微秒不同的是,F(xiàn)MCW測距一次需要20微秒,因此,后者的點頻會更少。但總體上,點頻低并沒有影響到探測效果,原因在于,因為每個像素點都包括了速度維數(shù)據(jù),點頻不需要做到很高就可以實現(xiàn)對遠距離運動物體的感知。

 

不過,FMCW激光雷達公司CEO奚先生則認為,在光點很稀疏情況下的探測結果,不僅要看激光雷達本身的能力,還要看下游客戶的算法是怎樣實現(xiàn)的——如果算法認為,激光雷達的點云太稀疏,打在前方遠處車輛上只有三個點,“置信度不夠”的話,那這個探測結果就會被“無視”。

 

現(xiàn)在有種新的說法,AI算法感知周圍物體,還需要實時驗證感知結果是否正確,離真實值有多少差距,激光雷達的作用將在此體現(xiàn)出來——通常來講測量是客觀的、可參考的,當然前提條件還是需要激光雷達提供的測量結果具有足夠的精度、密度及穩(wěn)定度。

 

4.TOF很難跟OPA掃描結構兼容,而FMCW天然更適合OPA

 

前文已經(jīng)說過,TOF還是FMCW,主要是對收發(fā)系統(tǒng)而言的,掃描系統(tǒng)也很關鍵。TOF激光雷達的掃描方式有機械旋轉、轉鏡、棱鏡、MEMS與Flash、OPA等多種,其中,只有Flash和OPA算是純固態(tài)掃描,而OPA掃描的優(yōu)勢更明顯。

 

因為,Flash是面陣掃描,而OPA是點掃描,光功率更集中,理論上,探測距離可以比Flash更長。

 

但真相是,前面幾種掃描方案都有頭部激光雷達廠商在做,但OPA雖然也曾火過一陣子,卻始終沒鬧出什么動靜。事實上,第一個提出將OPA用于TOF激光雷達的Quanergy公司,已在三年前就從車載激光雷達市場上出局了。

 

為何? OPA掃描通常基于硅光芯片來做,而TOF的峰值功率過高(通常在40-50瓦,甚至可達100 瓦),硅光芯片“根本扛不住”。

 

當然,也可以把TOF的功率做低一些,這樣OPA芯片就不會受損了。然而,這同時也意味著探測距離的縮短。如Quanergy之前TOF+OPA組合的方案,探測距離就不到100米,這顯然無法滿足自動駕駛車輛對主激光雷達的要求。

 

相比之下,FMCW的峰值功率只有“百毫瓦級別”,比TOF“低4個數(shù)量級”。原因在于:

TOF的單次測距只需2微秒,而FMCW單次測距需要20微秒,盡管總能量并不少,但由于能量在時間上是平攤的,因而峰值功率會比較低;

TOF的信噪比較低,如果功率太低,就無法獲得足夠多的“有效信號”,而FMCW的信噪比很高,即便是用很低的功率,也可以獲得足夠多的“有效信號”。

 

鑒于此,OPA掃描如果跟FMCW收發(fā)搭配,就不必擔心峰值功率的問題了。

反過來,也可以說,OPA只有在FMCW成熟之后才可以應用在車載激光雷達上。

 

5.FMCW 可實現(xiàn)更高程度的“芯片化”

 

當前,許多TOF激光雷達廠商都在努力通過“芯片化”這一手段來提高產(chǎn)品的集成度、降低成本,不過,能芯片化的模塊,頂多只有信號處理、激光器、探測器等,光學鏡頭和掃描部件(Flash是面陣,沒有獨立的掃描部件)是暫時無法被芯片化的。

(注:TOF激光雷達中的光學鏡頭無法集成化,是多數(shù)廠商的共識,但奚先生認為,在單晶硅的光學化技術加持下,哪怕在TOF中,光學鏡頭將來也是可以被集成化。)

 

然而,在FMCW激光雷達中,在最理想的情況下,連光學鏡頭和掃描部件也可以被芯片化。

 

當然,從技術原理上看,FMCW并非天然就是芯片化的。

 

據(jù)洛微CTO Andy Sun介紹,同樣基于相干原理的光通信產(chǎn)品,早期都是由一堆分立器件“拼接”起來的。但近幾年,有一個新的趨勢是包括,思科、華為及中興這些巨頭都開始采用基于硅光子芯片的集成集成方案。

 

原因在于,由于供應鏈已經(jīng)比較成熟,基于分立器件做的光通信產(chǎn)品,盡管性能可以得到保障,但由于組件眾多且需要高精度的對準耦合,每套的成本高達數(shù)萬美金,相比之下,基于硅光的方案,單套成本已可降至一兩千美金、甚至幾百美金了。

 

類似的是,早期的FMCW激光雷達(如Blackmore公司之前的產(chǎn)品),還是由光源、分光器、天線、混頻、探測器等分立器件堆疊起來的。但這種方案,不僅成本高達數(shù)千美金,而且很難過車規(guī),所以,跟光通信產(chǎn)品類似,FMCW激光雷達最終還是要基于硅光技術來做。

 

FMCW激光雷達科普(上):基本概念、技術路線、優(yōu)勢及爭議和誤解

(圖片版權屬于洛微公司)

 

TOF激光雷達中,激光器和探測器用的是不同的芯片,而在FMCW中,在最理想的情況下,激光器和探測器可以被集成到同一個soc上。

 

TOF中的芯片化,不包括光學鏡頭和掃描部件,而在FMCW中,光學鏡頭有可能被芯片化,掃描部件直接就是用硅光芯片來做。在最理想的情況下,掃描模塊可跟收發(fā)模塊(激光器+探測器)集成到同一個芯片上(這是英特爾和Mobileye及某位于上海的中國公司正在努力的方向)。

 

因此,很多廠商都認為,FMCW激光雷達的芯片化程度可以做得更徹底,因而也就更有可能享受到摩爾定律的紅利。

四.關于FMCW激光雷達的一些爭議和誤解

 

1.FCMW的探測距離比TOF長?

 

許多媒體在關于FMCW激光雷達的報道中都提到了其在探測距離上面的優(yōu)勢,這個觀點,不能說完全不對,但也存在爭議。

 

按光勺科技CEO姚建的說法,因為有速度維信息,哪怕在打到目標物上的點數(shù)很少,或者返回來的光點很少,F(xiàn)MCW激光雷達仍然可以探測到障礙物。因此,探測到500-600米外的車輛是有可能的。

 

摯感光子IC設計總監(jiān)吳雷也持類似觀點。

 

FMCW激光雷達公司CEO奚先生甚至稱,由于對微弱信號的檢測能力很強,其應用在航空航天場景中的FMCW激光雷達探測距離可達12公里;而其應用在車載場景的FMCW激光雷達,探測距離也可達2公里。

 

不過,TOF激光雷達廠商負責人表示,與TOF相比,F(xiàn)MCW激光雷達在探測距離上確有優(yōu)勢,但并不是“碾壓性優(yōu)勢”。

 

隨著單光子探測器的日益普及,TOF激光雷達的測能力在不斷提升,FMCW勝在直接測速,而其在測距能力上相比TOF的優(yōu)勢則在日益縮小。

 

并且,探測距離一定要跟點頻結合在一起看,只有當分辨率足夠高的時候,談探測距離才有意義,但實際上,FMCW激光雷達的點頻要比TOF低,因此,其宣稱的探測遠探測距離,對于靜態(tài)物體的識別,實際價值有限。

 

另一位FMCW激光雷達公司創(chuàng)始人認為,如果TOF也采用1550nm激光器,那FMCW在探測距離上的優(yōu)勢就不存在了,“因為FMCW系統(tǒng)的損耗相對偏高”。

 

2.FMCW激光雷達存在時延?

 

網(wǎng)上有一種說法是,FMCW激光類雷達“存在時延”。帶著這一問題,筆者特意向一些業(yè)內專家求證。

 

TOF激光雷達廠商負責人的話來講,與TOF激光雷達單次測距往往只需要2微秒不同的是,F(xiàn)MCW激光雷達單次測距往往需要20微秒左右。原因在于,F(xiàn)MCW激光雷達發(fā)出去的光在返回之后還需要和本身的信號做一個拍頻,而拍頻時間太短的話會影響功率。

 

不過,這18微秒的時間差,并不足以影響到行車安全。因為,“即使兩輛相向而行的車都開100公里/小時,相對速度也就200公里/小時,在不到20微秒的時間內,兩輛車相對位置也只改變了幾毫米”。

 

3.FMCW不能提供橫向速度,是個缺點?

 

前面提到FMCW可提供速度維數(shù)據(jù),不過,它也有局限性的——只能提供徑向速度(目標物在運動方向與車輛的行駛方向平行時的速度),卻不能提供橫向速度(目標物在運動方向與車輛的行駛方向垂直時的速度)。這也被一些媒體說成是FMCW激光雷達的“缺點”。

 

對橫向速度的確實被說成FMCW的“缺點”,有廠商是不服氣的。比如,某FMCW激光雷達公司創(chuàng)始人反問:“TOF連個徑向速度都提供不了,F(xiàn)MCW最起碼可以提供徑向速度,為何反而成了缺點了?

我多個徑向速度,總比什么都沒有好吧?

 

此外,按照這位創(chuàng)始人的說法,通常,在目標物“有一定體積”的情況下,激光雷達掃到目標物上會有很多個點,在這個點上測一個徑向速度,到那個點上再測一個徑向速度,是可以利用一些公式把橫向速度算出來的。

 

這位人士還說:“我們用人眼做個類比就知道,橫向速度并不需要特別強調,因為,橫向運動的目標物很容易被人眼‘檢測’到;但徑向速度,那個目標物是遠離你還是靠近你,速度是多少,其實人眼是很難準確評估的,這就需要FMCW激光雷達來發(fā)揮作用了?!?/span>


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FMCW激光雷達科普(上):基本概念、技術路線、優(yōu)勢及爭議和誤解


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機載單光子陣列探測激光雷達系統(tǒng)和應用

中科院 上光所 賀研博士

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寧波均勝智能汽車技術研究院院長 郭繼舜 博士

3

完全無人駕駛車(Robotaxi)全新架構激光雷達方案

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4

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6

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9

VCSEL激光器在車載激光雷達的應用案例介紹

艾邁斯歐司朗 技術專家 李棱尉

10

激光雷達核心技術要點解析及其應用案例介紹

禾賽科技 市場總監(jiān) 張總

11

3D飛行時間(ToF)深度成像傳感器芯片

ESPROS 總經(jīng)理 金豐

12

激光雷達上車之路--遠距探測,高清感知

擬邀請:圖達通智能科技(蘇州)有限公司

13

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皓視光子(蘇州)智能科技有限公司 劉總

14

激光雷達芯片及應用算法的介紹

擬邀請:mobieye 高級經(jīng)理 王禹平

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16

激光雷達外罩的工藝和技術解決方案介紹

擬邀請:雷達罩供應商:敏海,富蘭光學等

17

激光雷達特殊材料解決方案

擬邀請:特殊材料供應商:3M,德路等

18

激光雷達的特殊塑料應用介紹

擬邀請:材料供應商 科思創(chuàng)&SABIC等

19

圓桌論壇

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