激光雷达订单大涨,但没有领先者

据报道,越来越多的激光雷达询价单正在发往各个厂商。显然,激光雷达正开始渗透到ADAS市场。然而,有关人士警告称,不要指望只有一家激光雷达供应商能赢得这场豪赌。

 

在所有旨在增强传感和目标检测的汽车传感器模式中,激光雷达提供了迄今为止最复杂和多样的选择。每种激光雷达系统所采用的技术往往不仅在光源上不同,而且在“测距”和“成像”方法上也不同。一些成熟的激光雷达正进入量产阶段。但是新的激光雷达技术通常被认为更有前途——不过目前只是出现在研发或概念验证阶段。不可避免的是,这些激光雷达在成本、尺寸和性能上存在巨大差异。

 

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更复杂的是,越来越多的激光雷达厂商(估计有70-80家)挤占了市场,并购现象激烈。一些激光雷达公司通过选择SPAC(特殊目的收购公司)的地位获得了新的生机。许多初创企业将SPAC视为融资和进入公共股权市场的另一种方式。

 

市场将变得更加复杂。随着激光雷达公司追求不同的技术,汽车制造商和一线企业在如何将激光雷达应用于何种应用方面的看法也出现了分歧。

 

Yole Développement的固态照明和照明系统分析师Pierrick Boulay表示:“一些激光雷达公司时告诉我们,每个OEM和Tier 1都有不同的要求——要求在特定的视野、距离和位置上集成激光雷达。

 

AEye的首席营销官Stephen Lambright说到:“这不会是一个赢家通吃的市场,”Lambright指出,许多激光雷达公司仍在试验许多想法,“就像生物技术行业一样。”

 

当然,将激光雷达与生物技术等同起来很难让人“安心”。

 

但汽车行业对激光雷达的需求是真实存在的。Lambright发现,仅在ADAS领域,他的公司就收到了15到16份不同的激光雷达报价请求,这些都是针对ADAS计划在2025-26年生产的车辆。Lambright指出,尽管激光雷达市场出现了分化,但“汽车公司开始在未来18个月里押注于四五年后的部署。”

 

技术矩阵

 

检验激光雷达技术多样性的最好方法是绘制图表:一个轴关注成像,另一个轴关注测距。从机械、MEMS、光相控阵到闪光,成像技术的应用各不相同。测距技术包括脉冲测距、调频连续波测距和相移测距。

 

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Yole Développement通过将不同的玩家放置在不同的象限中。这个图表可能不包括所有人,因为新的参与者不断出现,但这个图说明了激光雷达使用的技术的多样性。

 

不同的激光雷达使用不同的光源。大多数激光雷达制造商使用905nm的边缘发射极和雪崩光电二极管(APD),因为这些组件易于大批量生产。一些激光雷达,如Luminar,已经开始使用1550nm的全光纤激光源。后者面临的挑战将是成本。然而,1550nm激光在不影响眼睛的情况下更能实现更长的射程。困扰905nm激光的一个问题是,除了低分辨率或短程应用外,它们对眼睛并不安全。

 

但是边缘发射器和光纤激光器并不是唯一的选择。激光雷达公司正在迅速采用垂直腔面发射激光器(VCSEL),这一想法最初是由苹果公司在iPad Pro 11的激光雷达扫描仪上激发的。德国Ibeo公司采用奥地利ams公司的VCSEL技术,他们与中国长城汽车在设计上取得了胜利,预计将于2022年发布。Ouster从机械激光雷达开始,去年宣布将VCSEL和单光子雪崩二极管(SPAD)结合起来,用于ADAS的激光雷达,计划于2024年投产。位于以色列的Opsys公司也在开发一种固态扫描激光雷达,该雷达使用完全可寻址的VCSEL收发器和SPAD接收器,预计将于今年晚些时候发射。Opsys的探测范围为200米,扫描频率为1000hz。

 

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优点和缺点

 

激光雷达的发展历程从机械式发展到MEMS、基于Flash的激光雷达和FMCW。然而,这并不是一条简单的直线发展。

 

例如,许多机械激光雷达今天仍然占主导地位,很大程度上是因为它们更便宜。然而,Boulay指出,最大的缺点是,机械部件可能成为故障的来源。MEMS激光雷达的主要优点是体积小。它的固体状态使它更加可靠,它仍然使用了微小的活动部件。

 

相比之下,Flash激光雷达没有任何移动部件。Boulay:“这被认为是更可靠的,但是现在的一代仍然受到有限的探测范围影响。”

 

Yole将FMCW激光雷达定位正在研发的技术。Boulay:“我们不希望在2025年前看到FMCW激光雷达。去年,Waymo谈到了FMCW未来的国产激光雷达。最引人注目的是,Mobileye称它是其正在开发的全自动驾驶汽车激光雷达的首选。

 

相干检测比直接检测灵敏得多,而且性能更好,如单脉冲速度测量和抗眩光和其他光源(包括其他汽车使用的激光雷达)的干扰。然而,FMCW激光雷达面临的严峻挑战包括“硅光子学的制造能力”和技术成本。然而,Mobileye认为它可以通过利用英特尔的硅光电子技术来克服这一点,包括它自己的晶圆厂、制造和IP。

 

今天的设计成果

 

预测激光雷达市场发展趋势的最好方法是考察今天的设计成果。宣布上市的车型包括: Valeo-Audi A8; Valeo-Mercedes-Benz; Innoviz -BMW; Luminar – Volvo。虽然这里提到的许多成功案例都专注于在ADAS或全自动驾驶汽车上安装一种激光雷达,但汽车制造商的最新举措是在同一车辆上安装短、中、远程激光雷达。

 

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VSI Lab是一家专注于主动安全和自动控制技术的应用研究公司,最近在加州监督了AEye的激光雷达性能测试。VSI Lab的验证报告证实,AEye的iDAR传感器可以读取1000米范围下未改装的雪佛兰Bolt上的几十个点。

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VSI Lab的负责人Phil Magney表示,“激光雷达探测到一公里外的物体是不可思议的。我们从未见过这样的事情。”

 

Magney认为,在高速公路自动驾驶方面,激光雷达与其他传感器相比,存在的问题是“摄像机看不到那么远的距离”。任何来自相机的东西都是估计。“那雷达呢?”“雷达还可以,但在横向定位方面真的很糟糕。然而,激光雷达是一种能给你“它所看到的一切”精确数值的仪器。

 

但是,如果一辆用于高速公路自动驾驶的ADAS汽车必须改变车道,Boulay明确表示,“你需要在旁边安装中短程激光雷达。”

 

灵活性要求

 

考虑到激光雷达的各种用例,在架构、波长和视野方面的灵活性变得越来越重要。

 

尽管Opsys不是第一家追求高性能SPAD和VCSEL激光雷达方法的公司,但该公司声称,其微闪光激光雷达可以提供超过四倍于闪光激光雷达的分辨率和扫描速率。Opsys董事会执行主席Eitan Gertel承诺,该公司将推出一款纯固态微闪光激光雷达,射程为200米,能够以每秒1000帧的速度扫描全视场。

 

Boulay指出,“Opsys比Ouster更年轻,”但Opsys有深厚的背景(Opsys的领导团队来自光通信组件和子系统制造商Finisar),“他们是光电系统方面的专家。Gertel在2008年至2015年期间担任Finisar的首席执行官。

 

激光雷达订单大涨,但没有领先者

 

Opsys的microLiDAR的关键是将多个基础传感器捆绑到一个激光雷达系统中,提供一个集成的具有灵活视场的单4D点云。Gertel表示,这使得microLiDAR “可定制”,适用于汽车制造商和 Tier 1,他们希望在不同类型的车辆上获得不同的视野。

 

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更好的是,Opsys的多波长激光光谱学技术允许在车辆上安装多个传感器,并且不受干扰。

 

在哪里放置激光雷达更好?

 

最后,无论是从外观上还是从实际操作上来说,激光雷达的定位是一个大问题。VSI Lab的Magney表示:“我们在车辆顶部安装了传统的激光雷达。当我们开车在雨雪天气行驶时,激光雷达是第一个使用的传感器。”

 

“这在很大程度上与传感器能够产生多少热量来融化冰冻的物质有关。但是当你的激光雷达在车顶上时,它就会暴露在恶劣的天气中。然后,传感器的清洗就成了一个问题。”

 

VSI Labs在评估AEye激光雷达性能时,认为AEye可以将激光雷达置于挡风玻璃后,这对激光雷达性能的影响很小。AEye表示,结果是性能下降不到10%。AEye的Lambright怀疑,由于玻璃,尤其是挡风玻璃的色散性非常强,它可能会对FMCW等频率导向激光雷达产生“巨大的干扰”。

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