改進(jìn)ADAS系統(tǒng)的“眼睛”意味著不斷開發(fā)新的LiDAR和雷達(dá)芯片技術(shù)。

先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)是傳感器市場增長和創(chuàng)新的重要推動力。根據(jù)Yole Développement(Yole)稱，預(yù)計到2025年，ADAS車輛的傳感器市場將達(dá)到224億美元，其中主要以雷達(dá)產(chǎn)品為主。到2025年，雷達(dá)收入預(yù)計將達(dá)到91億美元，盡管目前市場規(guī)模相對較小，但預(yù)計LiDAR的收入將增長至17億美元。Yole數(shù)據(jù)顯示，盡管2020年ADAS中的LiDAR僅占汽車和工業(yè)LiDAR市場的1.5%，但預(yù)計到2026年ADAS的份額將達(dá)到41%。

一般來說，雷達(dá)的工作原理是發(fā)射一個從物體反射回的信號，以確定它的存在和范圍。通過以特定頻率發(fā)送信號，系統(tǒng)然后分析返回頻率。對于ADAS來說，兩者之間的差異，包括可能的多普勒效應(yīng)，決定了障礙物的位置、距離和速度。

雷達(dá)還能夠掃描周圍環(huán)境。因此，它已成為避碰等應(yīng)用的關(guān)鍵傳感器，因?yàn)樗梢栽诤诎岛蛺毫拥奶鞖鈼l件下工作，而且相對便宜。

同樣，LiDAR是一種傳感技術(shù)，其主要任務(wù)是檢測物體并繪制它們的距離圖。這是通過用光脈沖（其寬度范圍從幾納秒到幾微秒）照射目標(biāo)并測量反射返回信號的特性來實(shí)現(xiàn)的。

從返回的光信號中提取有用信息的關(guān)鍵因素是脈沖功率、往返時間、相移和脈沖寬度。盡管有多種不同類型的LiDAR系統(tǒng)可用，但根據(jù)光束控制類型，它們可以分為兩類：機(jī)械和光學(xué)LiDAR。

機(jī)械LiDAR依靠高級光學(xué)器件和旋轉(zhuǎn)組件來創(chuàng)建高達(dá)360°的寬視場(FoV)。與FoV相比，相關(guān)的信噪比非常出色，但該解決方案體積龐大且笨重。另一方面，固態(tài)激光雷達(dá)沒有旋轉(zhuǎn)機(jī)械部件，提供高度的可靠性。即使他們的FoV減少了，也有辦法克服這個限制。

Yole分析師預(yù)計，作為汽車連接、自動駕駛、共享/訂閱和電氣化(CASE)行業(yè)的一部分，ADAS市場將在2026年達(dá)到600億美元以上，從2020年到2026年復(fù)合年增長率為6.5%。預(yù)計到2035年將達(dá)到3180億美元。

這種增長的一個關(guān)鍵驅(qū)動力是不斷創(chuàng)新和集成新功能。例如，Yole表示，自2005年推出Velodyne的3D實(shí)時LiDAR以來，已有80多家LiDAR公司成立，其中很多都是基于新技術(shù)。

圖1：ADAS傳感器汽車市場（來源：Yole）

固態(tài)雷達(dá)

其中一項(xiàng)創(chuàng)新是XenomatiX的固態(tài)LiDAR技術(shù)，專為ADAS和自動駕駛而設(shè)計。這種新穎的解決方案采用了與傳統(tǒng)光學(xué)LiDAR截然不同的方法，傳統(tǒng)光學(xué)LiDAR使用順序測量向一個方向發(fā)送激光，進(jìn)行測量，然后移動到下一個位置。他們一步一步地測量和獲取周圍的場景。

全場景“一閃”即可檢測，不受短距離或高功率的限制，距離超過200米，正常功耗。與掃描激光雷達(dá)不同，高分辨率點(diǎn)云不需要時空校正后處理，允許更高的幀速率并提供更好的校正。

因此，XenomatiX的LiDAR不必像傳統(tǒng)的“點(diǎn)測”光學(xué)系統(tǒng)那樣快速移動。由于場景是通過同時發(fā)送所有光束而不進(jìn)行任何掃描來測量的，因此系統(tǒng)有更多的時間來處理測量點(diǎn)的高分辨率網(wǎng)格。

今天，許多LiDAR系統(tǒng)都是機(jī)械的，盡管固態(tài)技術(shù)是一個大趨勢。他們使用紡絲頭，導(dǎo)致解決方案笨重、笨重且昂貴。為了克服這些限制，已經(jīng)采用了諸如振蕩鏡之類的技術(shù)來縮小解決方案的尺寸。然而，它仍然是一個有點(diǎn)機(jī)械的裝置。

XenomatiX成立于2013年，總部位于比利時魯汶，引入了“真實(shí)”一詞來識別固態(tài)激光雷達(dá)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)使用基于半導(dǎo)體的激光源和探測器構(gòu)建，無需掃描或移動部件。該公司的方法是一種在運(yùn)動中進(jìn)行掃描的解決方案，因?yàn)樗藪呙鑲鞲衅髟趻呙枘Ｊ街幸苿訒r造成的延遲時間。

這個概念非常適合汽車應(yīng)用，因?yàn)樗藢\(yùn)動進(jìn)行補(bǔ)償?shù)男枰核泄馐耆谕粫r間發(fā)出，通過全局快門同時獲取所有點(diǎn)。

XenoLidar-X真固態(tài)激光雷達(dá)的設(shè)計適用于所有光照和天氣條件變化很大的場景。XenomatiX下一代固態(tài)解決方案具有15,000束激光束，同時投射，將分辨率提高到水平和垂直0.15°的水平，符合當(dāng)今最苛刻的市場要求。

圖2：XenomatiX的XenoLidar-X激光雷達(dá)（來源：XenomatiX）

在其固態(tài)LiDAR中，XenomatiX使用垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)，這是一種功率極低的激光源，具有非常好的耐用性和使用壽命，遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的二極管激光器。

該公司的解決方案被稱為6DLiDAR，這意味著它們提供兩種類型的輸出，具有完美的疊加。第一個是點(diǎn)云，一個包含所有檢測到的激光點(diǎn)的3D幾何圖形。第二個是視覺2D相機(jī)圖像。它可以被視為具有固有集成攝像頭的LiDAR，或者具有LiDAR性能且無視差誤差的攝像頭。冗余數(shù)據(jù)的可用性支持傳感器融合，提供支持安全應(yīng)用的補(bǔ)充信息。第六個維度是物體的反射率，基于返回的激光量。

專門設(shè)計的CMOS探測器可以在2D或3D模式下運(yùn)行，使用專有的AI算法來處理視覺圖像或點(diǎn)云。

XenomatiX將其稱為四維AI，這意味著它在4D空間中執(zhí)行模式識別，其中x、y和z坐標(biāo)與反射激光束的強(qiáng)度相結(jié)合。當(dāng)激光關(guān)閉時，該傳感器還可以在2D模式下用作檢測器。如果打開激光，系統(tǒng)可以使用相同的像素進(jìn)行3D測量并生成3D點(diǎn)云。

固態(tài)LiDAR還提供出色的可靠性，這是汽車應(yīng)用中的一個關(guān)鍵因素。事實(shí)上，由于沒有活動部件、使用VCSEL（壽命長的激光器）以及CMOS技術(shù)的成熟，平均故障間隔時間非常好。

除汽車應(yīng)用外，LiDAR技術(shù)還可用于3D航空和地理測繪、工廠安全系統(tǒng)、智能彈藥和氣體分析。

4D成像雷達(dá)芯片

改進(jìn)ADAS的“眼睛”不僅限于LiDAR，還包括能夠處理復(fù)雜駕駛場景或所謂的Level4或高度自動化的新傳感器。

開發(fā)商包括以色列傳感器專家VayyarImaging。該公司用于ADAS的XRR平臺是單個4D成像雷達(dá)芯片，射程可達(dá)300米。雷達(dá)芯片還提供180°FoV，無需外部處理器即可運(yùn)行。

4D功能是指芯片測量距離和相對速度以及物體的方位角及其相對于道路水平面的高度的能力。

一個48天線MIMO陣列支持新平臺，該平臺也符合AEC-Q100標(biāo)準(zhǔn)和ASIL-B標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)說RFIC消除了對LiDAR傳感器等外部設(shè)備的需求，降低了布線成本、功耗和集成工作。

多范圍XRR芯片在76至81GHz雷達(dá)頻段內(nèi)運(yùn)行，可以區(qū)分靜態(tài)障礙物，例如分隔線、路緣石和停放的車輛以及移動的車輛和其他危險。

在停車場等低速環(huán)境中，該芯片使用超短距和短距雷達(dá)成像檢測掃描周圍的行人和障礙物。在更遠(yuǎn)的距離上，雷達(dá)芯片支持ADAS應(yīng)用，例如自適應(yīng)巡航控制、盲點(diǎn)檢測、碰撞警告、交叉交通警報和自動緊急制動。

圖3：Vayyar XRR芯片電路板（來源：Vayyar Imaging）

4D成像雷達(dá)提供近500個虛擬通道（傳統(tǒng)雷達(dá)只有一個通道）。與相機(jī)和LiDAR不同，4D成像雷達(dá)可在所有條件下工作，包括霧、大雨和夜間。其更長的航程滿足更高水平的車輛自動化要求。雷達(dá)還捕捉多普勒頻移，檢測物體是向車輛移動還是遠(yuǎn)離。

此外，與相機(jī)和LiDAR不同，4D成像雷達(dá)使用回聲定位和飛行時間測量原理來掃描其周圍環(huán)境。除了300米的范圍外，雷達(dá)在成像非常困難的暴風(fēng)雪中也表現(xiàn)良好。

4D傳感器使用時間變量來分析3D環(huán)境的高程。這可以幫助檢測和識別道路沿線的靜止物體。

能夠以越來越高的精度和清晰度掃描車輛周圍的路邊環(huán)境將使車載電子設(shè)備能夠解釋更多的數(shù)據(jù)，從而需要更高的ADAS應(yīng)用處理速度。Vayyar說，結(jié)果是更高的可靠性。

該公司的片上雷達(dá)還集成了內(nèi)部DSP和MCU，無需外部CPU即可進(jìn)行實(shí)時信號處理。

該文由我愛方方案網(wǎng)編譯自Yole Développement(Yole)