下一代激光雷達(dá)要來(lái)了？近期多家廠商推出FMCW技術(shù)方案

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）今年我們可以發(fā)現(xiàn)不少廠商都展示了自家的FMCW激光雷達(dá)方案，包括發(fā)射和接收方面的器件等。FMCW是一種測(cè)距技術(shù)，相比于目前主流采用ToF測(cè)距的激光雷達(dá)，結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，可靠性更高，且抗干擾能力極強(qiáng)，被認(rèn)為是下一代固態(tài)激光雷達(dá)的核心技術(shù)之一。

ToF路線趨于成熟，F(xiàn)MCW換道出發(fā)

目前在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的激光雷達(dá)，基本都采用ToF測(cè)距。ToF也就是飛行時(shí)間，通過(guò)直接測(cè)量發(fā)射激光和回波信號(hào)的時(shí)間差計(jì)算出距離信息，探測(cè)精度高，響應(yīng)速度快。這也是目前市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛，最成熟的測(cè)距方式。

一般激光雷達(dá)由發(fā)射、接收、掃描三個(gè)核心結(jié)構(gòu)組成，然后通過(guò)信號(hào)控制和處理模塊對(duì)三個(gè)核心結(jié)構(gòu)組成的部分進(jìn)行控制，并將獲取到的信息進(jìn)行處理。

而ToF作為測(cè)距技術(shù)的一種，主要是關(guān)聯(lián)到發(fā)射和接收兩個(gè)部分。目前在各家激光雷達(dá)廠商的產(chǎn)品中，特別是自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)上，最主要的差異在光源和掃描方式上。比如圖達(dá)通和Luminar、鐳神等廠商選擇使用1550nm的光纖激光器作為光源，這種光源成本更高，但對(duì)人眼更加安全，因此功率可以更高，探測(cè)距離可以更遠(yuǎn)。

光源方面在905nm的激光上，還有EEL和VCSEL的區(qū)別，這里就不展開(kāi)贅述了。盡管光源的選擇多種多樣，但實(shí)際上采用的都是相同的測(cè)距原理，即使是純固態(tài)的Flash激光雷達(dá)，只是發(fā)光源由單點(diǎn)變成陣列，不再通過(guò)相應(yīng)的活動(dòng)掃描部件對(duì)場(chǎng)景使用單點(diǎn)激光進(jìn)行掃描。

而正是由于ToF路線在工程和技術(shù)上更容易實(shí)現(xiàn)，ToF激光雷達(dá)也就成為較早一批激光雷達(dá)公司所選擇的方向，因此目前搭載激光雷達(dá)的量產(chǎn)車(chē)型上，均采用ToF激光雷達(dá)。

自2018年開(kāi)始，多家激光雷達(dá)初創(chuàng)公司開(kāi)始嶄露頭角，并紛紛把目光投向FMCW激光雷達(dá)的路線。FMCW即調(diào)頻連續(xù)波，這種測(cè)距方式其實(shí)在過(guò)往的毫米波雷達(dá)等領(lǐng)域中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。它的測(cè)距原理是通過(guò)發(fā)射連續(xù)變化頻率的激光束，通過(guò)分光器將一部分光作為參考光，另一部分光發(fā)射出去后，再用混頻探測(cè)技術(shù)測(cè)量回波信號(hào)和參考光的頻率差，間接計(jì)算出與被測(cè)物體的距離。

由于多普勒效應(yīng)的存在，以激光雷達(dá)為參照系，使用FMCW測(cè)距時(shí)，被測(cè)物體如果正在遠(yuǎn)離激光雷達(dá)，那么反射回來(lái)的光頻率就會(huì)降低；反之反射回來(lái)的光頻率就會(huì)變高。根據(jù)這種變化的規(guī)律，還可以計(jì)算出被測(cè)物體當(dāng)時(shí)的速度信息。這就是FMCW測(cè)距的原理。

FMCW激光雷達(dá)中發(fā)射和接收，都需要用到硅光芯片，與光通信產(chǎn)品類(lèi)似，即與普通的硅基集成電路芯片相比，硅光芯片能導(dǎo)電的同時(shí)還能作為光通信的介質(zhì)。

有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為，2018年開(kāi)始多家激光雷達(dá)初創(chuàng)公司瞄準(zhǔn)FMCW技術(shù)，這是由于FMCW激光雷達(dá)高度依賴(lài)硅光工藝，而硅光工藝也是從2018年才開(kāi)始成熟。當(dāng)然，ToF激光雷達(dá)的成熟，也是初創(chuàng)公司選擇新技術(shù)路線的重要原因。

FMCW產(chǎn)業(yè)鏈加速進(jìn)入成熟期？

我們看到包括光迅科技、國(guó)科光芯、飛芯電子等企業(yè)在早前展示了他們的FMCW相關(guān)產(chǎn)品。比如光迅科技作為國(guó)內(nèi)光通信領(lǐng)域的龍頭之一，也開(kāi)發(fā)出了激光雷達(dá)的發(fā)射和接收光學(xué)部件相關(guān)產(chǎn)品。

據(jù)光迅科技介紹，目前可以提供窄線寬1550nm DFB（分布式反饋激光器）激光器、窄線寬C-band ITLA Laser、1550nm FMCW BPD（光電平衡探測(cè)器）、1550nm FMCW ICR（紅外濾光片）、1550nm FMCW硅光及光電合封模組等底層器件等。

其中，光迅科技基于自有芯片的DFB激光器年產(chǎn)能超億片，供應(yīng)鏈成熟可控，且該系列產(chǎn)品連續(xù)10年以上零故障運(yùn)行。而ITLA產(chǎn)品是光迅科技近年來(lái)重點(diǎn)投入的核心產(chǎn)品，從芯片、器件到模塊均由公司自行設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了核心技術(shù)、工藝全序列的自主化。

國(guó)科光芯則展示了一款FMCW激光雷達(dá)光引擎，據(jù)工作人員介紹，該光引擎是一個(gè)集成化的芯片解決方案，其中集成了光源、發(fā)射和接收結(jié)構(gòu)。國(guó)科光芯基于氮化硅芯片技術(shù)的兼容性以及高度集成優(yōu)勢(shì)，可以將目前FMCW激光雷達(dá)的分立結(jié)構(gòu)方案成本大幅壓縮，并快速、低成本地組裝出激光雷達(dá)模組。

飛芯電子則基于FMCW推出了一款超遠(yuǎn)距離激光測(cè)距儀，采用優(yōu)化的發(fā)射和接收光路設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的測(cè)距距離和精度。

另外，近期硅光子學(xué)初創(chuàng)公司SiLC宣布推出四款專(zhuān)業(yè)的EyeonicTM視覺(jué)系統(tǒng)，該視覺(jué)系統(tǒng)采用了FMCW激光雷達(dá)技術(shù)，探測(cè)距離覆蓋50米、150米、300米，最高甚至可以達(dá)到1250米。其中50米距離的版本為AI機(jī)器視覺(jué)服務(wù)，比如機(jī)器人、卡車(chē)裝載等；150米距離的版本適用于家庭安防、工廠自動(dòng)化應(yīng)用等；300米距離版本能夠應(yīng)用到汽車(chē)ADAS和自動(dòng)駕駛等系統(tǒng)上；而1250米的版本應(yīng)用目標(biāo)是無(wú)人機(jī)跟蹤、機(jī)場(chǎng)等等。

在商用落地方面，近期洛微科技與長(zhǎng)城汽車(chē)達(dá)成技術(shù)合作協(xié)議，雙方就用于城市NOH應(yīng)用場(chǎng)景的FMCW4D激光雷達(dá)產(chǎn)品，高階智能駕駛感知技術(shù)與應(yīng)用場(chǎng)景探索應(yīng)用展開(kāi)深入合作。洛微科技是國(guó)內(nèi)首家展示基于自研硅光OPA和FMCW芯片的激光雷達(dá)廠商，早在2021年就推出了樣品。

鐳神智能近期也透露，公司在今年年底將會(huì)推出FMCW 激光雷達(dá)產(chǎn)品。各大廠商的產(chǎn)品亮相，以及合作落地的進(jìn)展，似乎都預(yù)示著FMCW激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈正在走向成熟。

寫(xiě)在最后

作為未來(lái)純固態(tài)激光雷達(dá)的重要技術(shù)路線，F(xiàn)MCW激光雷達(dá)從2018年開(kāi)始進(jìn)入高速發(fā)展期，經(jīng)過(guò)近5年的發(fā)展，目前已經(jīng)越來(lái)越接近量產(chǎn)狀態(tài)。不過(guò)如果從自動(dòng)駕駛應(yīng)用來(lái)看，由于汽車(chē)行業(yè)認(rèn)證方面的周期，至少到2025年，市面上我們能看到的激光雷達(dá)都會(huì)是采用ToF測(cè)距的形式。而采用Flash光源的激光雷達(dá)也已經(jīng)出現(xiàn)在量產(chǎn)車(chē)型上，極石01就搭載了禾賽的Flash補(bǔ)盲激光雷達(dá)。

但最終激光雷達(dá)哪種形式會(huì)成為最終贏家，還要看誰(shuí)能大規(guī)模量產(chǎn)，且足夠便宜，否則技術(shù)先進(jìn)性將無(wú)法轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)勢(shì)。