世界首個相控陣激光雷達來了!像明信片一樣小、低于500美元!

2021-08-08 15:47:32 來源:未知
最近Quanergy公司展示了其業界首個基于固態 OPA(光學相控陣)技術的 LiDAR(激光雷達),希望能夠減輕尺寸、可擴展性和成本限制。使得LiDAR 可以在自動駕駛和其他領域大放異彩。

過去十年中,LiDAR(光探測和測距)已成為一種流行的三維成像技術,被應用于從自動駕駛汽車到移動電話等設備。

像雷達一樣,但用的是光,它通過使用一個包含移動激光二極管和光電二極管的系統來工作,用于將光脈沖反射到物體和從物體反射回來,確定它們與傳感器之間的相對距離。

通用 LiDAR 系統的示例。圖片由Quanergy 提供

一般來說,LiDAR 數據然后被處理成 3D 地圖,其中包含有關物體或陸地的形狀和表面特征的精確信息,使這些傳感器能夠為不同類型的車輛提供 3D 視覺,如機器人、汽車、飛機以及智能基礎設施和工業機器等固定系統提供3D視覺。

目前激光雷達技術的使用仍然面臨一些挑戰,傳統上這些傳感器體積大且價格昂貴,因為它們使用機電元件來控制激光和接收系統。此外,機械傳感器的運動部件在沖擊或振動時容易受到干擾,這在安裝在汽車或機器人上時很常見。

機械激光雷達的挑戰促使工程師們開始研究其他技術,以開發小型、低功率、低成本的設計,即不使用移動部件固態激光雷達。取而代之的是,可以使用諸如MEMS(即使是微電子機械,這種技術仍然被認為是固態的)或相控陣等技術來來將光束導向特定方向。

Quanergy Systems 是一家致力于固態 LiDAR 創新的公司。本周,Quanergy 宣布了其最新推出的 S3 系列激光雷達,這應該是第一個使用光學相控陣(OPA)的真正的固態激光雷達,也是可擴展的,具有成本效益的,并可用于大規模市場生產。

本文將介紹 LiDAR 系統中使用的 OPA、Quanergy 的“行業首創”傳感器是什么樣的,以及 LiDAR 技術的未來可能是什么樣子。

LiDAR 系統中的光學相控陣

如前所述,Quanergy公司最新LiDAR系統的一個關鍵特征是使用OPA。OPA是為多種用途(主要是LiDAR傳感器)開發的需要隨機訪問光束生成、指向和轉向的半導體光子技術。

 

OPA的一般原理

該技術使用放置在 2D 陣列中的硅元件。每個單元都是同相和振幅完全可控的像素,包括同相位和振幅,允許通過在表面上創造一個相位梯度來對光束進行電子轉向,使OPA成為真正的固態裝置,因為它沒有任何移動部件。

對于LiDAR的使用,OPA可能能夠克服機械傳感器的限制,同時也有可能實現更大的分辨率和保真度。

與機械部件相比,硅芯片不僅生產成本更低,而且體積更小,消耗的能量更少。這些優點使其能夠無縫集成到許多技術中,而不會表現出自身的干擾,也不會干擾其嵌入的系統。

現在已經更好地理解了 OPA 的一般概念,讓我們深入了解 Quanergy 的最新傳感器。

Quanergy 基于 OPA 的 LiDAR

Quanergy 開發的 S3 系列 LiDAR 傳感器是使用CMOS技術制造的基于 OPA 的設計。由于工程師已經熟悉這種類型的半導體制造,因此 Quanergy 相信設計人員可以利用具有成本效益的工藝輕松擴展其傳感器以進行大規模市場生產。

使用發射器、接收器和處理器以及用于波束成形和轉向的 OPA

Quanergy公司與亞利桑那州一家名為ZEV(Zero Electric Vehicle)的電動車解決方案公司合作,提供可持續和可獲得的車隊電氣化,以演示該傳感器的相關功能。

在演示中,一輛測試車輛配備了 OPA LiDAR 傳感器和用于地形視覺的常規攝像頭。該測試包括在明亮的環境中在長達一百米的多個距離內跟蹤目標車輛。

據 Quanergy 稱,OPA 傳感器的演示不僅比機械 LiDAR 具有顯著優勢,而且與其他固態 LiDAR 技術相比也具有顯著優勢。

測試車輛能夠在明亮的環境中始終保持安全,即使使用只有 10% 能見度的目標物體,模擬其他傳感器很難檢測到的物體。

Quanergy 表示,其 S3 系列傳感器可以提供超過 100,000 小時的平均故障間隔時間,這對于機械 LiDAR 來說只有數千小時。由于該傳感器專為汽車行業而設計,旨在滿足檢測物體和避免碰撞方面最嚴格的汽車法規要求。其面向大眾市場生產的目標價格為 500 美元,并計劃提供更遠的距離、更大的垂直視野和更高的數據速率。

激光雷達的未來

Quanergy公司展示的技術可用于其他行業和科學領域,而不僅僅是用于自動駕駛。以前,這項技術看起來像一個安裝在車輛頂部的大型旋轉裝置。這項測試表明,LiDAR有可能變得像信用卡一樣小而不易被人察覺。

大規模生產這些微型和低功率 LiDAR 傳感器的能力將為未來集成到已經建立的基礎設施和系統中打開大門。通過消除困擾傳統 LiDAR 的許多挑戰,固態 OPA 傳感器可能對該技術的大規模采用和集成至關重要。

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