高精度固态激光雷达在自动驾驶汽车领域的应用

由 winniewei 提交于周一, 8 二月 2021 - 10:36

随着无人驾驶的兴起及自动化程度的提高，传感器在各领域发挥着不可替代的作用。激光雷达通过多束激光高频发射获取的反射数据形成周边物体的高清3D的“点云”图像，激光雷达已经被广泛认为是实现无人驾驶的必要传感器。以车载系统为例，激光雷达、毫米波雷达、超声波、摄像头、红外线等各类传感器作为 “人类的眼睛”存在，确定物体的位置、大小、外部形貌甚至材质，在盲点、变道辅助、行人探测、交通信号识别、车道偏离等方面发挥重大作用。

作为激光雷达创新型企业，苏州岭纬智能科技有限公司（以下简称岭纬科技）在创业之初就明确了发展目标，致力于高端固态高分辨率激光雷达的研发。目前产品应用领域涵盖无人驾驶、先进辅助驾驶、车路协同、安防监控、智慧城市、智慧交通、三维建模、工业现场监测、轨道交通等。岭纬科技市场及销售总监兼硬件设计部经理芮明昭先生表示：“当前岭纬科技激光雷达产品满足最严苛的应用，技术指标已做到行业领先水平。”

固态分布式激光雷达

一主机支持多个探头，探头体积小，无机械旋转部件，采用MEMS技术路线，在严酷的环境下有较长的使用寿命，满足苛刻的车规级要求（至少5万小时以上），耐冲击，抗颠簸，而3D Flash技术探测距离较短，有效探测距离大致为20～30m；而OPA技术尚不成熟，还在实验室阶段。

高分辨率固态激光雷达

传统的激光雷达为机械式结构，线束较低，大概为16或32或64线，有效探测距离为70-80米。目前岭纬科技开发的分辨率高达480-720线，每条线高达1750像素，单探头每秒达1.5百万点，6探头每秒达8.4百万点，有效的探测距离为200米，符合车规的安全裕度。

视频融合技术

岭纬科技Titan M1系列固态高分辨率激光雷达将视频图像和点云通过算法完美融合，提供彩色点云图像(XYZ+RGB)，为传统的XYZ空间距离点云提供可选的算法融合RGB颜色，对于感知周围的物体提供最佳的3D颜色数据。据悉，产品全线采用1550nm光源而非传统的905nm光源，这种光源对人眼没有损伤，适用性更强，对雨雪、雾霾等的穿透力更强。

直面行业痛点

在面对市场痛点问题时，芮总表示：在所有应用中，无人驾驶的要求最为严格、苛刻，需要更远的有效探测距离，更长的工作时间，可耐冲击，抗颠簸，而这些正好和岭纬科技打造的高分辨率固态激光雷达目标一致。

<ul>
<li>高可靠性：采用MEMS技术路线，无机械旋转部件，工作寿命达到5万小时以上；</li>
<li>高分辨率：700线激光雷达，最小角分辨率可达0.01°，更加有效的对行人进行探测、识别，形成高清3D点云图像；</li>
<li>探测距离较长：有效距离可达200m，最远探测距离可达1000m；</li>
<li>高精度：采用1550nm光源，可有效缓解雨雪、雾霾天气精度下降等问题；</li>
<li>视频融合技术：产品本身配置摄像头，可以将点云数据与摄像头RGB信息进行点对点融合；</li>
<li>视场角可定制：有多种视场角产品，单体产品最大视场角为水平125°，垂直45°；</li>
<li>高性价比：相比低线速产品，480线束内部只有1对收发，物料成本更低，性价比更高；</li>
</ul>

对电源的需求

激光雷达应用领域较广，供电系统随着应用的不同而不同：若在车载系统，供电为12V车载电源；在AGV/无人机系统，供电则为48V蓄电池；在工业领域，供电又可能为24V现场总线电压，因此能够支持宽电压范围的电源模块相当重要。另外，激光雷达工作环境也尤为复杂，电源系统必须在任何工况下保证稳定的输出，电源需求也很明确：

<ul>
<li>宽输入电压：保证产品适应于所有的供电系统；</li>
<li>高效率：保证系统的续航能力和系统的最优设计；</li>
<li>高集成度：受限于内部空间，要求模块体积尽可能小；</li>
<li>高可靠性、稳定性：在高温、颠簸、振动、雷击等恶劣环境下应具有稳定可靠的输出；</li>
<li>低噪声：激光雷达系列中有较多敏感器件，电源模块要保证自身过硬的EMC和EMI能力；</li>
</ul>

目前，岭纬科技在Titan M1高端系列产品中已全面采用了Vicor PI3740电源转换模块。 PI3740可将8-60V的供电电压转换为12V电压供系统使用，若系统中还需要其它如5V、3.3V的电压轨，再通过POL电源芯片进行二级转换。

Viocr电源在系统中的优势

PI3740是一款高转换效率、功率密度的电源模块，PI3740升降压稳压器支持8-60VDC工作电压范围，能够以高达96%的效率提供高达140W的功率及高达8A的输出电流。岭纬科技（厦门）有限公司市场及销售总监兼硬件设计部经理芮明昭先生表示：“Vicor的参考设计做的相当优秀，依据过硬的参考设计和技术团队的现场支持，产品的导入和评估工作进展相当顺利，表现出卓越的系统优势：

<ul>
<li>PI3740体积小、效率高、集成度高，满足激光雷达的系统供电需求；</li>
<li>PI3740的8～60V宽输入电压适应系多领域应用；</li>
<li>Vicor电源模块的集成度高，减少了外围器件的使用量，设计方便灵活；</li>
<li>系统测试中进行了高低温、冲击、极限、带载老化等多项测试，电源模块运行可靠稳定；</li>
</ul>

未来趋势

未来，激光雷达将向低成本、固态化、量产化方向发展。系统要求电源具有足够宽的电压范围，尺寸进一步降低，转换效率进一步提高。在无人驾驶应用领域，整体方向依然是要实现激光雷达的更高分辨率和精准度，进一步保证无人驾驶的安全性。相信在和Vicor支持团队的配合下，未来的新产品验证工作会更加顺利。