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高精度固態激光雷達在自動駕駛中的應用

2021-02-04 16:09:41 Vicor

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隨著無人駕駛的興起及自動化程度的提高，傳感器在各領域發揮著不可替代的作用。激光雷達通過多束激光高頻發射獲取的反射數據形成周邊物體的高清3D的“點云”圖像，激光雷達已經被廣泛認為是實現無人駕駛的必要傳感器。以車載系統為例，激光雷達、毫米波雷達、超聲波、攝像頭、紅外線等各類傳感器作為 “人類的眼睛”存在，確定物體的位置、大小、外部形貌甚至材質，在盲點、變道輔助、行人探測、交通信號識別、車道偏離等方面發揮重大作用。

作為激光雷達創新型企業，蘇州嶺緯智能科技有限公司（以下簡稱嶺緯科技）在創業之初就明確了發展目標，致力于高端固態高分辨率激光雷達的研發。目前產品應用領域涵蓋無人駕駛、先進輔助駕駛、車路協同、安防監控、智慧城市、智慧交通、三維建模、工業現場監測、軌道交通等。嶺緯科技市場及銷售總監兼硬件設計部經理芮明昭先生表示：“當前嶺緯科技激光雷達產品滿足最嚴苛的應用，技術指標已做到行業領先水平。”

固態分布式激光雷達

一主機支持多個探頭，探頭體積小，無機械旋轉部件，采用MEMS技術路線，在嚴酷的環境下有較長的使用壽命，滿足苛刻的車規級要求（至少5萬小時以上），耐沖擊，抗顛簸，而3D Flash技術探測距離較短，有效探測距離大致為20～30m；而OPA技術尚不成熟，還在實驗室階段。

高分辨率固態激光雷達

傳統的激光雷達為機械式結構，線束較低，大概為16或32或64線，有效探測距離為70-80米。目前嶺緯科技開發的分辨率高達480-720線，每條線高達1750像素，單探頭每秒達1.5百萬點，6探頭每秒達8.4百萬點，有效的探測距離為200米，符合車規的安全裕度。

視頻融合技術

嶺緯科技Titan M1系列固態高分辨率激光雷達將視頻圖像和點云通過算法完美融合，提供彩色點云圖像(XYZ+RGB)，為傳統的XYZ空間距離點云提供可選的算法融合RGB顏色，對于感知周圍的物體提供最佳的3D顏色數據。據悉，產品全線采用1550nm光源而非傳統的905nm光源，這種光源對人眼沒有損傷，適用性更強，對雨雪、霧霾等的穿透力更強。

直面行業痛點

在面對市場痛點問題時，芮總表示：在所有應用中，無人駕駛的要求最為嚴格、苛刻，需要更遠的有效探測距離，更長的工作時間，可耐沖擊，抗顛簸，而這些正好和嶺緯科技打造的高分辨率固態激光雷達目標一致。

高可靠性：采用MEMS技術路線，無機械旋轉部件，工作壽命達到5萬小時以上；
高分辨率：700線激光雷達，最小角分辨率可達0.01°，更加有效的對行人進行探測、識別，形成高清3D點云圖像；
探測距離較長：有效距離可達200m，最遠探測距離可達1000m；
高精度：采用1550nm光源，可有效緩解雨雪、霧霾天氣精度下降等問題；
視頻融合技術：產品本身配置攝像頭，可以將點云數據與攝像頭RGB信息進行點對點融合；
視場角可定制：有多種視場角產品，單體產品最大視場角為水平125°，垂直45°；
高性價比：相比低線速產品，480線束內部只有1對收發，物料成本更低，性價比更高。

對電源的需求

激光雷達應用領域較廣，供電系統隨著應用的不同而不同：若在車載系統，供電為12V車載電源；在AGV/無人機系統，供電則為48V蓄電池；在工業領域，供電又可能為24V現場總線電壓，因此能夠支持寬電壓范圍的電源模塊相當重要。另外，激光雷達工作環境也尤為復雜，電源系統必須在任何工況下保證穩定的輸出，電源需求也很明確：

寬輸入電壓：保證產品適應于所有的供電系統；
高效率：保證系統的續航能力和系統的最優設計；
高集成度：受限于內部空間，要求模塊體積盡可能小；
高可靠性、穩定性：在高溫、顛簸、振動、雷擊等惡劣環境下應具有穩定可靠的輸出；
低噪聲：激光雷達系列中有較多敏感器件，電源模塊要保證自身過硬的EMC和EMI能力。

目前，嶺緯科技在Titan M1高端系列產品中已全面采用了Vicor PI3740電源轉換模塊。 PI3740可將8-60V的供電電壓轉換為12V電壓供系統使用，若系統中還需要其它如5V、3.3V的電壓軌，再通過POL電源芯片進行二級轉換。

Viocr電源在系統中的優勢

PI3740是一款高轉換效率、功率密度的電源模塊，PI3740升降壓穩壓器支持8-60VDC工作電壓范圍，能夠以高達96%的效率提供高達140W的功率及高達8A的輸出電流。嶺緯科技（廈門）有限公司市場及銷售總監兼硬件設計部經理芮明昭先生表示：“Vicor的參考設計做的相當優秀，依據過硬的參考設計和技術團隊的現場支持，產品的導入和評估工作進展相當順利，表現出卓越的系統優勢：

PI3740體積小、效率高、集成度高，滿足激光雷達的系統供電需求；
PI3740的8～60V寬輸入電壓適應系多領域應用；
Vicor電源模塊的集成度高，減少了外圍器件的使用量，設計方便靈活；
系統測試中進行了高低溫、沖擊、極限、帶載老化等多項測試，電源模塊運行可靠穩定；

未來趨勢

未來，激光雷達將向低成本、固態化、量產化方向發展。系統要求電源具有足夠寬的電壓范圍，尺寸進一步降低，轉換效率進一步提高。在無人駕駛應用領域，整體方向依然是要實現激光雷達的更高分辨率和精準度，進一步保證無人駕駛的安全性。相信在和Vicor支持團隊的配合下，未來的新產品驗證工作會更加順利。