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杭州爱莱达科技有限公司-远距离声音监听器|自动驾驶FMCW激光雷达

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应用激光雷达路在何方?

  现在的激光雷达在整个自动驾驶产业链中扮演的角色正变得越来越重要,它已经可以和计算视觉和雷达传感器芯片并列为自动驾驶三大金刚。

  不过,激光雷达可并非只应用在自动驾驶,它在工业自动化、机器人和无人飞行器上也找到了用武之地。除此之外,地图市场也向激光雷达张开了怀抱。

  这并不令人惊讶,毕竟这项技术当年就是为地图绘制而生的。不过,激光雷达技术在自动驾驶汽车上的发展又反哺了地图,它让地图变得更强大也更完善。

  事实上,之前研究人员还用激光雷达探索过埋藏在危地马拉丛林中的玛雅古城。这里建筑繁多,结构复杂,光是各种马路就有数千条,但消失在丛林几个世纪后,它的原貌已经被各种植物彻底掩盖。

  这样新奇的应用加上不断提升的激光雷达技术,预示着一个正在不断膨胀的庞大市场的到来。ABI Research 预计,车载激光雷达市场规模到 2027 年将扩大至 130 亿美元。

  激光雷达市场的扩大也会带来连锁效应,其他相关市场也会一并受益。

  法国的技术和商业市场研究公司 Yole Développement 预测称,磷化镓市场能借着这股东风在未来五年内实现 79% 的年复合增长率,2022 年市场规模扩大至 4.6 亿美元。

     Yole认为,磷化镓非常适合高性能和高频应用。激光雷达、无线充电和封包追踪均属于高端中/低电压应用,磷化镓则是唯一能满足要求的。”Yole 市场分析师 Ana Villamor 解释。

  因此,激光雷达供应商在接近视觉、自动驾驶和 ADAS 买主的同时,也在把激光雷达卖给无人机、工业系统和地图等市场的买家。

自动驾驶和 ADAS

  眼下,激光雷达面前最大的蓝海还是汽车行业,研发人员正在想方设法利用固态设计减少激光雷达上的移动部件和整套系统的成本。

     “对我来说,激光雷达是个非常有趣的系统,因为它的各个部分都与半导体相关。西门子旗下 Mentor 公司产品战略主管 Jeff Miller 说。

     “硅光子学领域的研发人员做了很多有趣的尝试,为固态激光雷达落地做了不少贡献。当然,传统激光雷达领域也有自己的突破,它在激光脉冲的供能、控制和功率晶体管的设计上有了很多新点子。在数据处理上也有进步,3D 点云产出的巨大数据,最终价值就是为自动驾驶汽车提供必要的信息。”Miller 表示。

  最初,自动驾驶汽车搭载的激光雷达系统都是车顶上不停旋转的传感器i,但这样丑陋的设计可不符合消费市场的口味。自动驾驶汽车的商业化已经开始了,它的外观必须符合汽车的审美设计。”Miller 解释。

  这就是激光雷达行业新的兴奋点。一场竞争正在进行中,大家都在追逐体型苗条的廉价固态激光雷达。”Cadence 定制和集成电路包装团队的研发主管 Ian Dennison 说。

     Dennison 明确指出,激光雷达售价至少要降至 200 美元以下。淘金热才刚刚开始,新创公司和投资额都在不断增长。不过,不同的公司视角也有差别,它们需要在 CMOS、硅光子和 MEMS 技术中做出权衡。

     Dennison 还表示,激光雷达能提供非常好的深度分辨率,这才是它真正的杀手级功能。

到底有什么不同?

  据雷锋网了解,激光雷达的发展也刺激了市场对大电流、高频率、低电阻、低电容功率晶体管的需求,而此类产品的制作需要用到磷化镓和其它特殊的半导体材料。

     “业内有个新趋势,研究人员更愿意将高性能的三/四型材料整合进传统的硅系统。”Mentor 产品市场主管 Chris Cone 说。

他总结了这么几点:

  首先,激光雷达设计对几何结构非常敏感,需要极强的硅光子集成电路设计能力,其中还包括基于曲线物体设计组件的能力,用大量波导管组装设计组件且符合锥度与过渡要求的能力和一套拥有恰当光学、电气特性建模的多域电路模拟方案;

  其次,在进行物理验证时,研发人员还得对光子结构了如指掌,毕竟标准验证过程中会出现大量的假错(false error)。

  此外,使用标准 DRC 检验技术时还会生成大量难以充分察觉的误报(false positive)。他们只能用海量测试来找到错误之处。

在这样的背景下,工具提供商开始寻找不同的方法论。

      “激光雷达需要新的设计,因此设计工具也得足够灵活以适应各种新要求。”Cone 说。不过,整个激光雷达设计的流程可以保留,设计完成后通过模拟和版图验证来做设计分析依然必不可少。

  一些专家不愿将 MEMS 设备视作固态激光雷达的一部分,因为它依然有可移动部件,而且一些激光雷达 供应商也开始用相控阵(OPA)替代 MEMS

     “不同的人会走出不同的路。”Dennison 说。硅光子技术确实适合激光雷达这样的产品,如果你能用它来控制光,就已经与最终解决方案很接近了。

如果将 MEMSCMOS 芯片和光子等技术相结合,则会得到一种新的混合技术,不过合作设计起来可不容易。

车载激光雷达新闻跟踪 

  自动驾驶市场迫切需要两类激光雷达产品

  随着激光雷达发展前景变得越发光明,投资也汹涌而来。

 眼下,硅谷的三家激光雷达公司 VelodyneQuanergy Cepton 在过去一年里,业务都有了长足的发展。

  除了开始为科技巨头、汽车厂商和一级供应商积极备货,激光雷达公司后面还跟了一大堆不差钱的新创公司,例如像 Aurora Innovation 这样聚集了圈内最懂自动驾驶汽车的公司。

     Velodyne CTO Anand Gopalan 表示:市场现在迫切需要两样产品:一种是为自动驾驶出租车准备的高性能传感器,另一种则是为 ADAS 应用准备的小型传感器。不过,他也看出激光雷达的工业应用需求正在快速增长。当然,还有无人机和地图。

     “地图市场正在不断进化和发展。他说道。我们的注意力已经从提供高分辨率地图转移到了为自动驾驶汽车提供高分辨率地图。我们非常看好这个新市场,融合了激光雷达数据的 360 度视场地图非常重要,因此这个领域后劲还很足。人们已经找到了很多激光雷达跨界应用的方式,令人兴奋不已。此外,在 ADAS 领域激光雷达也在快速走红,它很有可能成为未来 ADAS 系统的标配。

  值得注意的是,激光雷达在路上有积雪覆盖的情况下非常管用,因为这种情况下计算视觉会因为道路标线被遮挡而不知所措

  其实在车载激光雷达发展成熟的过程中,环境因素是一大挑战,高温和低温条件下它们的效力都会降低,而真正商用的汽车可不能这么娇气

  在解决这个问题的过程中,技术人员也会在其他相关领域取得突破。

     “第一波激光雷达部署完成后,传感器会不断加码,其功能也会越来越多,随之而来的是数据量的增大。因此未来几年内整个激光雷达产业链都会动起来,我们也能见到更多有趣的产品。”Gopalan 说。

Quanergy CEO Louay Eldada 也认为激光雷达市场将迎来大爆发

     “我们的梦想正在一步步成真。他说。我们不但拿到了汽车安全和工业自动化的大单,地图和无人机市场的买家也找上门来了。

      Quanergy 主打固态激光雷达产品,这家公司的目标是要将激光雷达系统级芯片的价格降低到 100 美元以下。激光雷达是 Level 4 系统必备的主力芯片,我们要为汽车行业提供强有力的支持。”Eldada 说。

  眼下,进入激光雷达市场的公司约有 50 家,但在未来几年里该行业会经历一轮大洗牌。

  当然,短期内还是会有各种新公司涌进来淘金。2016 年创立的 Cepton 正在打造远程传感器,它准备在今年下半年拿出车载产品。

     Cepton 商业开发主管魏炜表示,激光雷达市场的 50 家公司中,只有不超过 5 家有能力拿出探测距离 200 米以上的激光雷达系统,而今年年底,许多汽车巨头的自动驾驶原型车就要上路了。

  激光雷达市场依然处于初期

  从车载电子设备的角度来看,激光雷达市场依然处在初期阶段。

  不过,这技术撕开的口子却让我们看到了它背后庞大的市场。这绝对不是个简单的单一垂直领域,激光雷达技术对其他行业的辐射能力会变得越来越强。

  几年前激光雷达还是个默默无闻的技术,现在却有了天翻地覆的变化。随着价格的下降,它的应用领域会更加广泛。因此对激光雷达来说,它真正的增长阶段还没到来。

 



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