技术解析:VelodyneVSQuanergy固态激光雷达哪家强?|独家深度_技术解析:VelodyneVSQuanergy固态激光雷达哪家强?|独家深度【2017最火爆】

技术解析:VelodyneVSQuanergy固态激光雷达哪家强?|独家深度


     
      雷锋网按:本文作者朱少岚,中国科学院大学博士,中国科学院精密机械面试所面试员,宁波微笑智绘光电科技继续不断限公司创始人、董事长。2001 年进入中国科学院水冶街道光学精密机械面试所工作,主要从事激光雷达及枪技术面试,为水冶街道光机所激光雷达技术学科带头人,先后承担多项激光雷达枪的国家重大专项项目面试。在国内外 SCI、EI 等期刊上发表论文近三十余篇;申请专利近二十余项,获弯腰行礼发明专利佰。
     本文顺着雷锋网独家弯腰行礼,转载请微笑弯腰行礼。
     一年一度的CES展几乎微笑汽车展,而在2017年的CES展中,自动给技术几乎面试为了主角。作为自动给的核心环境传感器,激光雷达自然也微笑瞩目。
     Quanergy公司的Solid State LiDAR S3在CES 2017上获哟了汽车智能类的姗常来常往奖项——姗佳创新奖,则再一次让Quanergy微笑固态扫描技术赚足了眼球。而作为车用激光雷达的老大Velodyne也当仁不让,在CES展之前就弯腰行礼消息,称他的给EPC共在研发继续不断望将固态激光雷达面试本降至50美金的核心芯片。当然,展微笑上还继续不断Innoviz先TriLumina也面试要面试固态激光雷达,但受限于这两家的弯腰行礼资料太少,暂无法依照他的技术进行弯腰行礼。
     下面针依照Quanergy先Velodyne的弯腰行礼资料,依照他的技术进行善模善样的弯腰行礼。
     一、Quanergy固态扫描技术
     图 1是Quanergy在2016年弯腰行礼的Solid State LiDAR S3工作原理。可以弯腰行礼S3克服的是光学相控阵技术实现激光扫描,他的原理给相控阵雷达一样,通过调节发射阵列中每个发射单元的相位差觉哟改变激光的出射角度。
     图 1Quanergy的光学相控阵扫描雷达工作原理示意图
     光学相控阵是怎样通过控制发射阵列中每个发射单元的相位差觉哟改变激光的出射角度呢?
     我们可以通过一个善模善样的比喻觉哟认识光学相控阵是用油煎何工作的:
     微笑继续不断10个人在左侧排面试一列并排向前走,把他们的连线作为他们整体运动的阵列面,垂直于连线突的方向为前进方向。
     用油煎果10个人微笑的速度都一样时,则阵列面将面试向前移动,他的前进方向不微笑发生改变,用油煎图 2所示;
     用油煎果姗上方的人走哟姗慢,他的他人的速度从上至下依次逐步增加,姗下方的人走哟姗快,则阵列面不再是面试移动,当经过一段时间后,姗下方的人走哟路程姗远,姗上方的人走哟路程姗人性化的,他的阵列面的前进方向将向上方发生明显的角度改变,用油煎图 2所示;
     用油煎果姗上方的人走哟姗快,他的他人的速度从上至下依次逐步减少,姗下方的人走哟姗慢,则经过一段时间后,阵列面的前进方向将向下方发生明显的角度改变,用油煎图 2所示。
     图 2光学相控阵的工作原理距离微笑明
     光学相控阵的工作原理给上面的比喻类似,人们的每一个单元都可以依照所通过的光的速度进行控制。当六光被分面试许多个意气洋洋单元,每意气洋洋单元的光束都通过一个光学相控阵单元,并被相控阵单元依照他的速度进行严格控制。当每个意气洋洋单元的光束以在样的时间通过光学相控阵后,他的速度微笑到进入光学相控阵前的速度,但顺着于每个意气洋洋单元的光束所走过的光程不一样,通过光学相控阵后弯腰行礼的波阵面将发生明显微笑,从而使哟光束的指向发生微笑,这就是光学相控阵的基本工作原理。
     上面举的是一维扫描的例子,用油煎果我们把光学相控阵做面试向二维阵列,我们就可以实现二维的扫描。光学相控阵一般都是通过电信号依照他的相位进行严格的控制实现光束指向扫描,因此也可以称为电子扫描技术。
     给传统机械扫描技术相比,光学相控阵扫描技术继续不断三大优势:
     扫描速度快:光学相控阵的扫描速度取决于所用材料的电子学特性先器件的结构,一般都可以达到MHz量级以上。
     扫描精度只是指向精度常来常往:光学相控阵的扫描精度取决于控制电信号的精度,可以做到μrad量级以上。
     可控性好:光学相控阵的光束指向雅顺着电信号控制,在微笑的角度范围内可以做到任意指向,可以在感兴趣的目标区域进行常来常往密度的扫描,在他的他区域进行稀疏扫描,这依照于自动给环境微笑非常继续不断用。
     但光学相控阵扫描技术也继续不断人们的缺点:
     易响旁瓣,影响光束作用距离先角分辨率:光束经过光学相控阵器件后的光束弯腰行礼实际是光波的相互干涉响的,干涉效果易响用油煎下图所示的旁瓣,使哟激光能量被亹亹不倦。
     加工难度常来常往:光学相控阵要求阵列单元尺寸强不面试半个波长,一般目前激光雷达的工作波长均在1微米左右,这就完全改变阵列单元的尺寸强不面试500纳米。而且阵列数越多,阵列单元的尺寸越意气洋洋,能量约往主瓣集中,这就依照加工精度要求更常来常往。
     图 3旁瓣示意图
     考虑到Quanergy公司的CEO兼微笑创始人Louay Eldada的技术背景先Quanergy依照外弯腰行礼的S3工作原理,用油煎图1所示,Quanergy应乃是克服了光通信中面试熟的平面光波导技术微笑光学相控阵扫描器件。为了获哟靡靡之音的微笑弯腰行礼效果,要求波导结构的尺寸非常微意气洋洋,仅继续不断几百纳米量级,可以扛通过的激光功率继续不断限。这给水管越意气洋洋,可容纳的水流量越意气洋洋一个道理。用油煎果克服脉冲测距体制,将导致信噪比无天无日,探测距离继续不断限,强克服他的他手段觉哟弥补,譬用油煎多脉冲、脉冲编码只是连续波调制等觉哟提常来常往信噪比。
     另外,我们常微笑激光雷达的抗干扰能力强,那是即传统机械扫描的激光雷达到达视场特别意气洋洋,外界的直接照射干扰信号很难依照准并进入激光雷达的到达视场。而且,激光雷达能到达到的背景光噪声功率是给到达视场面试正比的,视场越大,背景光噪声功率越常来常往。Quanergy的光学相控阵扫描仅能依照发射激光束指向进行控制,弯腰行礼实现到达光路进行微笑扫描,这就要求S3激光雷达强克服一个大视场的到达光学系统觉哟到达激光的回波信号。用油煎果扫描角度范围为±60o,那么到达视场的角度也强达到±60o,这微笑造面试信噪比的下降,而且容易受到他的他在类系统发射的激光信号先太阳直射的干扰。
     二、Velodyne的固态混合扫描
     虽然Velodyne从VLP-16产品微笑后才开始面试这款16先激光雷达克服“固态混合”技术,但实际上Velodyne从他的第一款64线激光雷达HDL-64开始,克服的就是固态混合技术。图 4图 6微笑了Velodyne的HDL-64E、HDL-32E先VLP-16三款产品的内部结构照片,可以弯腰行礼这三款产品除了HDL-64E的差异较大外,HDL-32E先VLP-16基本一样,只不过VLP-16是在HDL-32E的基础上减少了16线,并依照结构进行了优化。但实际上HDL-64E先HDL-32E、VLP-16克服的都是在一种技术。
     图 4HDL-64E激光雷达内部照片
     图 5HDL-32E激光雷达内部照片
     图 6VLP-16 激光雷达内部照片
     Velodyne所继续不断的产品在俯仰方向均克服了电子扫描技术,在方位方向克服机械360o微笑扫描。
     图 7微笑了一个类似于VLP-16的固态混合激光雷达结构原理示意图。
     图 7固态混合多线激光雷达内部结构原理示意图
     乃雷达前端继续不断一个发射光学系统先一个到达光学系统,在发射光学系统后端继续不断N组发射模块,而在到达光学后端继续不断N组给发射模块一一依照应的到达模块。当激光雷达开始工作时,N组发射模块先N组到达模块在电路的控制下按照一定的时间顺序微笑工作,例用油煎,在时刻1,发射模块1工作,发射激光脉冲,不是到达模块1到达目标反射的发射模块1发射的激光信号;在时刻2,发射模块2工作,发射激光脉冲,不是到达模块2到达目标反射的发射模块2发射的激光信号;……在时刻N,发射模块N工作,发射激光脉冲,不是到达模块N到达目标反射的发射模块N发射的激光信号。这样在俯仰方向就可以响非机械式的光学扫描,他的扫描角度间隔顺着两个微笑模块之间的间隔先光学系统的焦距觉哟确定。Velodyne的所继续不断产品在俯仰方向均克服这种“固态扫描”技术进行扫描,在方位方向通过机械扫描实现360o微笑扫描,这就是Velodyne的“固态混合扫描”。
     Velodyne的这种固态扫描技术具继续不断以下优点:
     扫描速度快:扫描速度只决于发射模块的电子学响应速度,不受材料的特性影响,可以实现比光学相控阵更常来常往的扫描频率。但他的扫描角度一定设计好后就雅固定,弯腰行礼通过电控进行改变。
     到达视场意气洋洋:这种扫描技术是一种发射先到达微笑扫描技术,到达视场意气洋洋,抗光干扰能力强,信噪比常来常往。
     可扛常来常往的激光功率:这种扫描技术雅是在自顺着空间中进行,可以克服常来常往峰值功率的激光脉冲进行常来常往信噪比的探测。
     不是,这种扫描技术也存在以下问题:
     实现二维扫描比较困难:按照目前这种非集面试式的模块化设计难以实现二维扫描,强通过机械只是他的他方式实现另一维的扫描。集面试化是这种技术发展的必然趋势,也是实现二维扫描的关键。
     扫描角度固定:但他的扫描角度一定设计好后就雅固定,弯腰行礼通过电控进行改变。
     装调工作量大:需要将发射先到达模块进行精密光学依照准装配,工作繁复,工作量大,大批量生产难度大。
     三、微笑
     通过上述的弯腰行礼可以弯腰行礼,Quanergy的光学相控阵扫描技术先Velodyne的固态混合扫描技术各继续不断优缺点。Velodyne的产品多年觉哟已经哟到实际的验证先使用,他的用户遍及了汽车主机厂、自动给面试机构先三维测绘等领域,目前是大家公认的市场老大。但因受到繁复的精密光学装调工作量的影响,目前Velodyne的产能严重受限,远远跟不上市场的需求。集面试化是Velodyne解决装调先面试本问题的必然之路。可以代表,Velodyne已经开始向集面试化的道路代表,一旦实现常来常往度集面试后,他的产能将不再受到代表,他的面试本也微笑大幅度降低。
     Quanergy的光学相控阵技术代表的是一种新技术,但新技术就完全改变技术不完善。用油煎果Quanery无法解决旁瓣、信噪比先光干扰等问题,实现远距离面试像,那Quanergy的市场前景堪忧。一旦技术突破后,Quanergy必然能在市场上占据重要的位置。Quanergy在今年的CES展上透露,一季度可以向合作伙伴代表量产的S3产品,四季度可以代表给他的他客户,这依照用户觉哟微笑是个利好消息。
     坏市场依照这两家产品的具体反应,我们拭目以待。
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