FMCW和TOF在车载激光雷达中各有什么优势？.doc

FMCW和TOF在车载激光雷达中各有什么优势？今年3月，宝马风险投资领投了一家激光雷达初创公司B轮融资，一起的还有丰田AI风险投资公司。这家名为Blackmore（布莱克莫尔）的激光雷达初创公司希望能够改变过去传统测速激光雷达只能提供间接速度数据的局限。目前的激光雷达大多使用“飞行时间-TOF”技术，发射出离散的光脉冲，测量它们从最近的物体上弹回并返回需要多长时间。然后，他们使用这些数据来建立一个车辆周围的三维地图信息。布莱克莫尔使用所谓的“调频连续波-FMCW”装置（也称为相干测距），发射一束长而稳定的光束。（光线在1550纳米的范围内，相比于905纳米，其对人眼是看不见的、无害的。）这种方法让公司的激光雷达传感器不仅可以测量光返回需要多长时间，还可以测量光返回时的频率。FMCW激光雷达获得的信号的处理可以通过“嵌入式处理硬件”来处理，这同样有助于降低系统的成本。目前，布莱克莫尔的雷达射程大于200米，速度测量±150m/s，分辨率为0.2m/s。FMCW可以做到频率会根据前方移动物体的速度而改变：如果他向车辆走来，频率会升高；如果他和车辆同方向行走，频率会降低。但是，布莱克莫尔这样的多普勒激光雷达有一个盲点：它不能探测任何垂直于激光束运动的物体速度。考虑到行人往往过马路的方式，这有点令人担忧。2017年，通用汽车收购的激光雷达公司Strobe采用的也是FMCW技术路径。在国内，也有一家采用类似技术的公司（爱莱达科技），去年7月份成立，11月获得了百度和华登1800万融资，估值过亿。对于目前市场主流的TOF雷达，爱莱达科技创始人潘卫清指出了其存在的一些问题，比如抗干扰，强光条件、恶劣天气下的性能受限，探测距离有限等。车载激光雷达领域内，目前已经推出市场的产品大多数使用的都是905nm波长，在各个公司的产品说明书中，对于激光雷达的安全性说明也不统一。业内人士表示，905nm的激光雷达在技术以及整个产业链上，都相对成熟，但在安全性上存在一定的隐患。激光雷达在恶劣环境下，传输距离以及效果会大打折扣，传输的距离也不够远（实际效果，并非企业标称的数据，目前市面上的激光雷达厂商的指标大多数都是在良好的天气环境下测试的数据）。造成这一结果的，与其工作的功率大小有关。理论上而言，功率越大，传输的距离就更远，但功率变大后稳定性较难控制，同时安全隐患也会增加。目前的安全法规，将激光雷达发射器的功率普遍限制在了5mw以下。国内传统激光雷达制造商也在布局。目前，镭神智能也在研发1550nm的激光雷达，其最新的1550nm雷达用脉冲光纤激光器为自主研发，包含有三个型号LFP-1550-600，LFP-1550-1000，LFP-1550-2000。系统均工作在1550nm下，区别在于不同的平均输出功率，三个型号的平均输出功率最小依次为0.6w、1w、2w，这个数值也是可以调的，功率稳定性（t>8h）表现为小于3%，在业内属于领先。主打1550nm激光雷达的Luminar公司曾表示：“传统技术上，1550nm波长系统的大规模生产会导致成本的大幅提高，在生产成本中仅原材料一项就高达上千美元。”为了解决这个问题，Luminar公司将系统进行芯片级的升级，而不是购买现成的组件，通过开发自有激光器和接收器，在减低成本的同时使得1550nm系统正常工作。FMCW激光雷达技术在消除干扰，提高远程性能，并支持距离和速度数据方面，的确已经成为市场关注的焦点，现在就是等待成本下降。当然，现实来看，汽车主机厂都在做两手准备。主打905nm技术路线的Innoviz，就在今年获得了来自宝马的订单。后者计划在2021年推出的自动驾驶汽车使用Innoviz提供的固态LiDAR传感器。因为激光雷达真正实现商业化，首先需要大幅降低成本。相比1550nm，905nm具备成本优势。当然，Innoviz也表示，已经开发了相关解决方案，可以使905nm激光器保持人眼安全的同时提高探测距离，但并未透露更多细节。