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自动驾驶中的传感器技术26——Lidar(1)

  • 2026-10-29 05:58:04
自动驾驶中的传感器技术26——Lidar(1)

1、Lidar技术总体演进方向

机械式→半固态→全固态

2、全行业的Lidar演进方案及应用的芯片、光学部件方案如下

机械式
棱镜式
转镜式
MEMS
Flash
OPA
发射芯片
EEL+分立多通道驱动
EEL
VCSEL+驱动芯片
  光纤激光器(图达通用,需要转镜+振镜)
EEL
VCSEL Tiles
OPA chip
  单激光器
接收芯片
APD+分立多通道TIA
APD
SiPM(905nm禾赛速腾用)(弱光灵敏度比APD更高)
  SPAD(禾赛AT512用)
  APD(1550nm,途达通用)
  +接收链路芯片
SiPM(速腾M1用)
SPAD(更适合Flash方案,单位芯片面积下像素数优于SiPM)
SPAD;
  PIN PD(如果采用FMCW)
信号处理芯片
FPGA
FPGA
FPGA或ASIC
FPGA或ASIC
FPGA或ASIC
FPGA或ASIC
光学部件
Lens(按需)
棱镜组+分光组件+准直透镜
一维转镜+分光组件+准直透镜
准直透镜+分光组件+反射镜+MEMS微机电振镜
Lens+Diffuser
Lens
机械部件
有
有
有
MEMS微机电振镜
无
无
通信模块
1000BaseT1
1000BaseT1
1000BaseT1
1000BaseT1
1000BaseT1
1000BaseT1

以上禾赛AT128的VCSEL+SiPM+一维转镜的方案从技术以及量产可靠性上有优势。从CES2024上,禾赛发布AT512(VCSEL+SPAD+一维转镜)看,其技术路线保持了相对稳定连续,没有比较大的技术路线变化。

另外速腾EEL+SiPM+MEMS振镜的方案从技术以及量产可靠性上也同样有优势,从其后续的MX等产品看,其技术路线保持了相对稳定连续,没有比较大的技术路线变化。

下表为国信证券整理的Lidar不同技术路线的原理、特点以及代表性企业,可以参考,但是性能不能完全接受。

3、机械式Lidar、棱镜式现状Lidar

参见后续章节,目前已经不是主流方案。

4、转镜式Lidar、MEMS振镜式Lidar现状

参加后续章节,目前主流方案是禾赛的转镜式Lidar,以及速腾的MEMS振镜式Lidar。

5、全固态Lidar现状

5.1 大陆HFL110已量产装车,指标可信

图1 大陆HFL110

5.2 OUSTER 没有量产,技术指标存疑问,但是理论上是可以达到的

图2 OUSTER ES2

图3 ES2技术指标

https://images.kempstoncontrols.com/page_assets/manu_landing/ouster/datasheet-ES2.pdf

5.3 FMCW Lidar

图4 FMCW Lidar Diagram

5.4 FMCW+OPA Lidar

图5 多种OPA方案

将OPA和FMCW Lidar进行结合

OPA扫描通常基于硅光芯片,而TOF的峰值功率过高,硅光芯片往往承受不住;FMCW的信噪比很高,即便用很低的功率,也可以获得足够多的“有效信号”。FMCW更适合和OPA结合。如何涉及到进行该方案的Lidar开发,需要有集成化的芯片模块,类似Avea开发的模块,该模块集成了光源、OPA,最终基于该模块构建Lidar。

图6 Avea Lidar核心模块
图7 Avea Lidar核心模块
图8 Avea LIdar核心模块
图9 Avea LIdar核心模块

实现技术指标如下

  • 测距:250m(@10%),500m(最大)
  • FOV:120°(H)*30°(V)
  • 功能安全:ASIL-B(D)
  • 满足车轨

综上,Flash激光雷达的优点在于直接去除了扫描模块,但由于是面光源(MEMS 等扫描方式为点光源),因此能量相比点光源较为发散,难以到达远距离探测。影响Flash激光雷达性能的部件主要是发射模块的垂直腔面 发射激光(VCSEL)及接收模块中的单光子雪崩二极管(SPAD)。VCSEL方面,目前商用VCSEL发射功率不断提升,同时VCSEL阵列实现相同峰值功率下对车辆前方更远距离的探测。SPAD 方面,其发展目前同样沿着摩尔定律式的性能曲线移动,随着SPAD的快速发展FLASH 激光雷达有望率先成为商用于中距离探测的固态式激光雷达。

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