自动泊车|为量产车设计车载激光雷达,「飞芯电子」用类摄像头的方式重新解构自动驾驶关键模组( 二 )
以上三类机构从过往经验出发,在经验的基础上做出迭代改进,却并不能完全覆盖终端的需求。
针对量产车的激光雷达,首先需要性价比高,量产车要可以用得起;其次是可靠性高,因为车寿命很长,要面对各种各样的环境压力;再者人眼安全性要强,对于路上行人,无论使用任何波长,保证人眼安全都是重中之重;最后抗干扰性要强,除了阳光干扰,还要考虑同类设备之间的相互干扰,而且激光雷达测距越远,说明灵敏度越高,那么收来同类设备之间干扰信号的概率越大。从目前看,无论哪一种技术路线的激光雷达,都无法同时覆盖以上功能上的需求。
2 飞芯电子的研发方向
飞芯电子从公司成立之初,从零开始重新定义需要解决的问题。首先需要建立所有可能的激光雷达的完备集,即通过如下几个维度,经过任意排列组合,可以得到所有可能的激光雷达:
第一个维度就是作为激光雷达一定要成像,成像方式包括凝视,扫描,或者介于二者之间的所谓半固态;
第二个维度是探测机理本身的信息熵,从低到高,代表抗干扰能力的增强。这又涉及到探测和调制技术的组合,其中探测包括直接探测、相干探测。还有很多调制方式,比如幅度调制、相位调制、频率调制、偏振调制、组合调制。飞芯电子是在接收端采用合理的探测和调制方式,以使每个像素都有独立区分信号的能力;
第三维度是如何实现全固态,是在发射端还是接受端实现全固态,。在发射端,目前的可实现方式有液晶(LC)相控阵、集成光波导型相控阵和光学相控阵(optical phased array,OPA)技术;在接收端,用焦平面阵列即可。
第四维度是用何种方式实现光电转化。通常是用二极管,当然二极管有很多种,如单光子雪崩二极管(SPAD)、APD、Pinned光电二极管、硅光电倍增管(SiPM)、CCD等。或者不用二极管,如SONY用CAPD直接做转换。甚至还可以用等离激元的方式实现光电转化。
第五维度是波长,对应的问题就是发射和接收所用半导体材料。光电转化的波长在800-1000nm接收端可以用Si,发射端用GaAs;而1310nm,1550 nm, 接收端用Ge或者InGaAs,发射端用InP 。
通过对每个维度的具体解析,然后进行排列组合,可以给出一个激光雷达的完备集。然后再根据在各个应用中的具体指标的定量需求,从完备集中找到所有可行的方式;最后对于所有可行的方式,按照性能,难度等进行排序,得到技术发展的路线图,并一一实现工程化。这样做,可以从一开始就保证所采用的方案是正确的,不用去试错。
在激光雷达领域,中国和世界都处于同一起跑线,探测机理的研究是其中最重要的部分。而从探测机理来说,目前尚无止境,总之就是不断接近香农极限,每一代方案从设计难度上来说有巨大差异。飞芯电子从研发角度,在做一代方案,而二、三代方案也已经开始进行专利布局。
3 激光雷达和自动驾驶的关系
如同在研究压力传感器的时候,并没有人会想到未来会有触摸屏的应用。自动驾驶和辅助驾驶需求的出现,使得激光雷达应用更加丰富。激光雷达之于自动驾驶,可以看作只是一种辅助手段,此外还可以辅助自动泊车、自动巡航等。因此合理的逻辑是自动驾驶打开了激光雷达应用的窗口,但是激光雷达的应用并不仅仅只是自动驾驶的附属品。
从本质来说激光雷达的功能是通过空间分辨率的动态计算测量目标体的距离、位置等信息,飞芯电子的阵列芯片在点云密度、测量距离、抗干扰能力、信息熵、成本等方面都具有优势。作为一个辅助功能,乘用车使用六个激光雷达来提供自动泊车功能,额外成本只有约为60美元左右;如果增加AEB或者补盲用的激光雷达,总成本约为200-300美金,并且在未来市场成熟的时候,可以平滑升级自动驾驶。
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