自动驾驶背后的传感器终局猜想(3)-传感器与微系统

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自动驾驶背后的传感器终局猜想(3)

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而毫米波雷达使用的是不同于光频谱的无线电波，在雨、雾、霾等恶劣气候下有非常明显的优势作用。但目前毫米波雷达在平面分辨率和距离分辨率上还不如摄像头和激光雷达。毫米波雷达如果要提高以上两个分辨率，需要使用更多的通道和天线单元，加大通讯带宽，提高射频频段，这需要新的技术努力，并且在成本控制上也会有新的挑战。在毫米波雷达领域，也不乏创新者，比如峰瑞资本投资的加特兰微电子，主攻CMOS工艺毫米波雷达芯片开发与设计，在全球范围内率先量产汽车级CMOS工艺77/79GHz毫米波雷达射频前端芯片。

激光雷达是最晚进入汽车行业、同时也是讨论热度最高的传感器。从全球领先的激光雷达公司Velodyne多线机械扫描雷达开始，众多创业团队尝试了MEMs激光雷达、Flash（TOF）面阵成像、OPA相控阵激光扫描等多种技术方案。

努力的方向是两个：一是降低成本，二是尽力减少机械运动部件，实现固态激光雷达，以满足汽车恶劣的工作环境和超长的无故障工作时间要求。

03 激光雷达：ToF、OPA之争

从技术维度看，Flash（TOF）面阵成像和OPA相控阵技术方案无疑是更接近理想固态构架的方案，因为它们都是基于半导体芯片技术。

而MEMS技术（Micro-Electro-Mechanical System，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等）虽然也使用半导体工艺和技术，但由于在芯片内部使用了微电机构建的振镜作为激光束控制方向的部件，本质上还是包含一个机械运动部件，同时想在微小尺寸的振镜上实现线性很好的扫描线控制和大的扫描角度也面临许多技术挑战。

Flash（快闪）激光雷达技术是最接近摄像头技术的方案，可以利用摄像头行业很多成熟的技术和工艺成果。但是，由于Flash激光雷达使用面阵的光源，由于人眼安全标准等现实限制，Flash 激光雷达更适用近距离、中距离的应用场景。苹果在2020年推出的iPad Pro上使用了激光雷达，在扫描方式上，苹果选择的是Flash方案。激光雷达利用直接飞行时间 (dToF)，测量室内或室外环境中从最远五米处反射回来的光。单光子dToF技术是未来实现激光雷达（LiDAR）小型化、低成本、可量产的一项关键技术。

峰瑞资本投资的南京芯视界微电子，正是以光电转换器件设计和单光子检测成像技术为核心，提供单光子dToF三维图像传感芯片、大数据中心超高速光电互联芯片及系统解决方案的公司。

OPA激光雷达是被行业最寄予厚望的技术方向。它的原理是，通过控制纳米天线阵列中每个天线的发射信号相位，使得不同天线单元的信号互相干涉，从而控制输出的激光束的方向。它是原理上最接近射频频段相控阵雷达的技术，如果能够实现芯片化，将是目前能看到的最理想的纯固态激光雷达技术路线。

除了纯固态的优点，由于OPA激光雷达是由电信号完全控制激光扫描方向，能够动态地调节扫描角度范围，对目标区域，进行全局扫描或者某一区域的局部精细化扫描，一个激光雷达就可能覆盖近距离、中距离、远距离的目标、距离探测，如果和FMCW技术相结合，还可以直接提供目标的运动速度。

换句话说，OPA激光雷达没有采用任何机械运动部件，却实现了类似人眼视觉的机动性、灵活性。

由于OPA技术的先天优势，国内外都投入了大量资金和技术人才。峰瑞资本投资了洛微科技(Luminwave)和力策科技两家致力于OPA 芯片和激光雷达的公司，其中洛微科技专注于硅光技术的OPA解决方案，力策则基于III-V族半导体材料，创新和发展了空间光调制OPA技术和芯片。

在OPA技术的发展进程中，基于液晶材料的空间光调制（spatial light modulator，SLM）技术，曾经是重要的技术探索方向之一，但是液晶SLM扫描速度非常慢（毫秒级别），远远满足不了自动驾驶快速成像的要求。力策科技的OPA方案，从使用者角度看，相当于做了个高速的SLM，完成一个单波长激光的高速空间调制；当然从技术维度看，力策的OPA技术无疑是一种新的创新，同时也是目前最接近量产的OPA固态激光雷达技术方案。

经过几年的努力，洛微科技和力策科技两家激光雷达领域的创业公司，都在自己的技术方向上取得了较好的成果，洛微科技刚刚完成数千万元融资，力策科技也即将开始新一轮融资。

本篇总结

1，多传感器融合对自动驾驶应该是一个合理和几乎必然的趋势。目前“固态”摄像头的智能化、自动化、灵活性水平，和人眼相对比还有很大的差距。另外，在测量距离这个指标上，摄像头视觉甚至包括人眼，对比起激光雷达都有巨大的劣势。因此，多传感器融合，利用摄像头、毫米波雷达和激光雷达各类传感器的优势，是目前自动驾驶领域较为可行的方案。

文章来源：《传感器与微系统》网址: http://www.cgqywxtzz.cn/zonghexinwen/2021/0708/397.html