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什么是激光雷達(dá) 不同技術(shù)路線的激光雷達(dá)的優(yōu)勢

2023-02-22
來源:芯片工藝技術(shù)

  隨著國產(chǎn)激光雷達(dá)第一股,,市場認(rèn)可了。

  禾賽科技納斯達(dá)克敲鐘首日,,股價(jià)即刻上漲逾10%,。

  車載激光雷達(dá)出貨量第一,、超10家車企近百萬定點(diǎn)、“量產(chǎn)”頭把交椅…

  出自清華的禾賽科技成功上市,,讓3個(gè)85后創(chuàng)始人解鎖萬億身價(jià),。

  但更重要的是,,在歐美激光雷達(dá)公司遭遇普遍困境后,禾賽成為代表中國陣營出戰(zhàn)的第一家,。

  禾賽上市,,造了多少富

  中國激光雷達(dá)第一股,此次發(fā)行價(jià)為19美元/股,,募資規(guī)模達(dá)到1.9億美元,,以此計(jì)算市值為24億美元(約合人民幣160億元)。

  再加上敲鐘后股價(jià)上漲的10%,,目前禾賽科技市值已經(jīng)達(dá)到176億元,。

  所以按照招股書中透露的信息,禾賽這次上市,,身家過億的富豪,,至少造了4個(gè)。

  那么我們來研究一下什么是激光雷達(dá),。

  激光雷達(dá)根據(jù)掃描方式和測距原理的不同分為不同的激光雷達(dá),,不同技術(shù)路線的激光雷達(dá)有著不同的優(yōu)勢。

  通常激光雷達(dá)可以分為兩大類:機(jī)械式激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá),。機(jī)械式激光雷達(dá)采用機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件作為光束掃描的實(shí)現(xiàn)方式,,可以實(shí)現(xiàn)大角度掃描,但是裝配困難,、掃描頻率低,。固態(tài)激光雷達(dá),目前的實(shí)現(xiàn)方式有微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electro-mechanical system,MEMS),、面陣閃光(Flash)技術(shù)和光學(xué)相控陣(opticalphased array, OPA)技術(shù),。MEMS 采用微掃描振鏡,達(dá)到了一定的集成度,,但是受限于振鏡的偏轉(zhuǎn)范圍,;Flash 技術(shù)已有商用,但是視場角受限,,掃描速率較低;OPA掃描技術(shù)是基于微波相控陣掃描理論和技術(shù)發(fā)展起來的新型光束指向控制技術(shù),,具有無慣性器件,、精確穩(wěn)定、方向可任意控制等優(yōu)點(diǎn),,成為近年來研究的熱點(diǎn),,液晶、集成波導(dǎo)光學(xué)相控陣等固態(tài)技術(shù)方法層出不窮,。激光雷達(dá)在無人駕駛,、機(jī)器人等人工智能領(lǐng)域也將向著小型化的趨勢發(fā)展,。

  激光雷達(dá)可以高精度、高準(zhǔn)確度地獲取目標(biāo)的距離,、速度等信息或者實(shí)現(xiàn)目標(biāo)成像,。如圖 1 所示是激光雷達(dá)的發(fā)射和接收在同一系統(tǒng)中的工作原理。激光通過掃描器單元形成光束角度偏轉(zhuǎn),,光束與目標(biāo)作用形成反射/散射的回波,。當(dāng)接收端工作時(shí),可產(chǎn)生原路返回的回波信號光子到達(dá)接收器,,接收端通過光電探測器形成信號接收,,經(jīng)過信號處理得到目標(biāo)的距離、速度等信息或?qū)崿F(xiàn)三維成像,??梢姡馐鴴呙杵骱吞綔y系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式便是研究重點(diǎn),,需求從機(jī)械式向小型化全固態(tài)方向發(fā)展,。

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  激光雷達(dá)的原理

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  機(jī)械式激光雷達(dá)存在精密裝配困難、系統(tǒng)龐大等缺點(diǎn),,目前價(jià)格仍然居高不下,。為了突破這一缺陷,研究者們提出了諸多的解決方案,。20 世紀(jì) 90 年代開始出現(xiàn) Flash 3D 成像激光雷達(dá),,也出現(xiàn)了通過液晶實(shí)現(xiàn)的首個(gè)光學(xué)相控陣結(jié)構(gòu),21 世紀(jì)初出現(xiàn)了 MEMS類型的激光雷達(dá)組件,,迄今各種方案競相追逐,,不斷發(fā)展。MEMS 器件作為機(jī)械式向固態(tài) LiDAR 過渡的解決方案,,具有一定程度的小型化,、響應(yīng)速度較快的特點(diǎn),且 MEMS 功能性結(jié)構(gòu)能夠忍受熱壓,,因此可以承受相對較高的激光能量,,但是由于 MEMS 結(jié)構(gòu)單元尺寸較大,存在機(jī)械振動,、旋轉(zhuǎn),,受環(huán)境因素影響較大。針對全固態(tài)激光雷達(dá)發(fā)展需求,,F(xiàn)lash 激光雷達(dá)可對目標(biāo)一次照射成像,,成像質(zhì)量最終取決于面陣探測器的性能,但是數(shù)據(jù)龐大,,一次成像速度較慢,。液晶光學(xué)相控陣器件在空間光調(diào)制器領(lǐng)域商業(yè)化應(yīng)用成熟,,具有全固態(tài)、便宜,、可大面積制作等特點(diǎn),,但是響應(yīng)速度較慢、光束可偏轉(zhuǎn)角度較小,。數(shù)十年來,,集成光波導(dǎo)相控陣芯片作為全固態(tài)、小型化 LiDAR 最有潛力的解決方案得到了廣泛的研究,,硅基光學(xué)相控陣激光雷達(dá)具有 CMOS 兼容的特點(diǎn),,價(jià)格便宜,但是熱光效應(yīng)的掃描速度仍有待提升,,可以采用硅基等離子體色散效應(yīng)的相位調(diào)制器來滿足更高速的應(yīng)用需求,。從目前相控陣芯片性能來看,光學(xué)相控陣天線的大規(guī)模集成將增大激光雷達(dá)的光學(xué)孔徑,,提高分辨力,,但是,大規(guī)模片上激光雷達(dá)尺寸根本上是受限于電壓控制單元的電極引線總體尺寸,,相控陣列數(shù)越多,,電極排布越困難,可以通過電極多層分布的方式解決此問題,。

  目前在研究比較熱門的車載激光雷達(dá)領(lǐng)域,,成熟商用的激光雷達(dá)大多是機(jī)械式激光雷達(dá),行業(yè)龍頭Velodyne 公司成立于 1983 年經(jīng)過多年機(jī)械雷達(dá)研究的積累,,行業(yè)地位很難動搖,。Leddar Tech公司是MEMS激光雷達(dá)的代表性公司。國內(nèi)的激光雷達(dá)公司大多成立不久,,鐳神智能,、北科天繪、速騰聚創(chuàng),、禾賽科技等大多在機(jī)械式激光雷達(dá)方案上不斷改進(jìn),,在 MEMS激光雷達(dá)領(lǐng)域有所涉及但仍未大規(guī)模商用;北醒科技,、光珀智能,、華科博創(chuàng)等國內(nèi)公司在 Flash 激光雷達(dá)領(lǐng)域也不斷推出產(chǎn)品。Quanergy 公司將相控陣激光雷達(dá)代入商業(yè)視野,,正研發(fā)適用于車內(nèi)傳感系統(tǒng)和無人駕駛汽車的全固態(tài)激光雷達(dá),。



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