ADAS激光雷达与常规雷达的新进展

来源:电子工程专辑发布时间:2023-08-042101浏览

先进的驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶技术在很大程度上依赖于传感器，包括激光雷达、常规雷达和摄像头。最近，随着越来越多的汽车配备先进的传感器系统，这些技术领域都取得了重大进展。

激光雷达传感器及解决方案

在开发ADAS和自动驾驶技术方面，激光雷达变得至关重要，因为它可以创建周围环境的3D地图，能够检测周围物体的空间位置甚至速度。

Counterpoint技术市场研究报告《2019-2030年全球自动驾驶乘用车市场》预测：到2025年，全球生产的新车中将有10%能够实现L3级自动驾驶。L4级自动驾驶车将最先进入美国和欧洲等发达国家，尽管这些地区的L3级车比例更高(需获得监管许可)。

Counterpoint认为，激光雷达在L3及L3级以上车市中具有巨大的发展潜力，并将在2030年前同时进入大众市场。该机构还表示，激光雷达领域有望以65.9%的年复合增长率增长，到2030年，出货量将超过1亿台，市场规模将达到150亿美元。

激光雷达的主要发展趋势之一是4D激光雷达。除了3D定位外，4D激光雷达还能利用反射激光，测量汽车到其它物体的距离，并将瞬时速度绘制成第四维度。这样就能让系统更详细地了解周围环境以及环境内物体的运动，这是车辆和机器人等自主设备做出精确决策的关键因素。

Aeva股份有限公司是一家专门生产4D激光雷达传感器的公司，该公司最近发布了下一代4D激光雷达传感器产品(见图1)。这款最新的AeriesII4D激光雷达传感器，采用频率调制连续波(FMCW)技术，可以直接识别每个点的即时速度和精确3D位置，实现了突破性的检测和感知力。

FMCW技术本质上不受阳光直射、其他激光雷达传感器和反光镜重影的干扰。与传统的飞行时间3D激光雷达传感器相比，由于利用了额外维度的速度数据，这些传感器具有明显的优势，包括：

功能范围更大：能够检测、分类和跟踪汽车、自行车和行人等动态变化目标

超高分辨率：实时相机级别的图像，分辨率比传统飞行时间激光雷达传感器高20倍

小物体检测：能够通过更加可靠地检测道路上的小物体来发现道路危险，检测距离可达传统激光雷达传感器的两倍

定位与导航：无需像IMU或带4D定位的GPS这类额外的传感器，就能提供精确定位和导航，能以六个自由度实时估计车辆运动

图1：Aeva的AeriesII4D激光雷达传感器。(来源：Aeva公司)

AeriesII是市场上第一个采用片上激光雷达技术的传感器，在一个小型硅光子模块中，集成了所有重要的传感器组件，包括发射器、接收器和光学器件。得益于高集成度和无光纤技术，整个制造过程实现了高度自动化。

激光雷达技术的另一个主要趋势是，在硬件传感器中添加了人工智能算法，充分发挥软件组件的灵活性，进而增强系统的性能并拓宽应用范围。

AEye股份有限公司开发出了一款4Sight智能传感平台。这是一种软件定义的激光雷达解决方案，可利用人工智能，实现可以挽救生命的动态运输和移动应用。传统的被动激光雷达系统无法考虑不断变化的条件或平衡竞争性优先级，而AEye的这种自适应激光雷达则不同，该雷达提供了高性能、软件可定义的解决方案，通过适当的裁剪，可以满足任何自主应用的各种性能和功能需求。4Sight系统非常灵活，可以适应各种市场、应用、用例、设置和天气条件。

大陆集团(ContinentalAG)基于AEye的4Sight智能传感平台所构建的HRL131，有望成为业内首个进入汽车市场且批量生产的高分辨率、固态、远程激光雷达传感器。HRL131是大陆集团用于L2至L4级自动档和自动驾驶应用的全栈汽车级系统的重要组成部分，它进一步完善了该公司包括雷达、摄像头和超声波技术在内的传感器套件。HRL131的扫描模式配置示例如图2所示。

图2：HRL扫描模式配置。(来源：AEye公司)

雷达成像

利用无线电波探测和定位环境中物体的常规雷达，通常与包括相机和激光雷达在内的其他传感器一起，组成一个整体感知系统。目前常规雷达发展的趋势之一，是进一步提高分辨率和覆盖范围。这一点很重要，因为这样可以更详细地绘制环境地图，为ADAS和自动驾驶系统提供更精确的信息。

以色列Arbe公司最近推出了Lynx，一款用于自动驾驶汽车的、具有革命性的360°雷达。之前，360°跟踪往往依赖于成像。而Arbe开发的这项技术，声称是业界第一个利用一套雷达即可实现对车辆整体环境进行人工智能分析的系统。

雷达在自动驾驶中至关重要，因为它可以识别、分类和监视物体。通过实时获取和处理数据，可以创建车辆周围自由空间的完整地图，并提供潜在的危险分析。这一功能是由雷达的“重叠”实现的，它支持从一个单元到下个单元平滑地跟踪感兴趣的物体，同时使用两种独立的感知算法验证它们的位置。因此，有些场景能够得到更好的处理，例如在拥堵的城市交通中行驶、安全地并入高速公路、以及留意空车道以备潜在的应急等。

与激光雷达的发展一样，还有一种趋势是，提供在单个芯片上高度集成的雷达解决方案。恩智浦半导体的新型SAF85xx就是这样的例子，它是业界首个专为下一代ADAS和自动驾驶系统设计的28nmRFCMOS雷达单片IC系列产品。

这种单芯片系列产品，将高性能雷达检测和处理技术整合在一颗器件中，为一级供应商和OEM厂商提供了新的灵活性，可以解决短、中、远程雷达应用，满足当前和未来日益具有挑战性的新车评估计划(NCAP)的安全需求(见图3)。

SAF85xx集成了一个雷达收发器，工作频率覆盖整个汽车雷达频段的76GHz至81GHz，并带有基于ArmCortexA53和M7内核的雷达微处理器以及SRAM。与上一代芯片相比，单芯片系列产品具有两倍的射频性能，并将雷达信号处理速度提高了40%，实现了角部雷达和前部雷达的4D检测。因此SAF85xx非常适合安全关键型ADAS应用，如自动紧急制动、自适应巡航控制、盲点监测、交叉路口交通提醒和自动泊车。