与LiDAR传感器融合 成为自动驾驶技术发展的必由之路( 二 )
与雷达传感器相比 ， LiDAR 系统更具突出优势 ， 可远距离实时生成高分辨率的 3D 视图信息 。 现代化系统会产生数以万计的数据点 。 相比于高分辨率的摄像系统 ， 三维“视图”和可直接测量与物体的间距功能也具有决定性的优势 。 因此安防系统利用 LiDAR 技术来检测影子与空间物体之间的差异 。 LiDAR 在黑暗的使用环境中也具有突出优势 ， 即使在逆光条件下仍可提供有用的数据 。
自动反应的驾驶汽车不仅要可靠地探测前方的开阔“视线”（即最大距离为 250 m 的“远距离 LiDAR”） ， 同时还必须可靠地检测出汽车的周围环境 。 这种所谓的短距离或中距离 LiDAR（最大距离约 90 m）可满足传统的交通状况 ， 例如高速公路或城市交通中的超车操作 。
五大技术领域的探索和成果
进一步开发辅助系统和使用 LiDAR 技术过程中的最大挑战在于 ， 目前众多制造商正在测试的概念和系统架构组成具有多样性 。 例如可将 LiDAR 集成在车前灯中或作为紧装式模块嵌入散热器格栅后侧 。
在实现标准化并使得 LiDAR 技术适用于大众市场之前 ， 技术供应商必须为每个可能的组合提供合适的组件 。
除了这一挑战之外 ， 近几年也已在 LiDAR 的一般技术性能方面取得显著进展 。
提高性能和射程
由于真实驾驶环境十分复杂 ， 例如高速公路与城市道路的不同场景 ， 或者车型大小不同会造成制动距离不同 ， 往往要求传感器必须能覆盖短距至中长距离 。 例如 ， 目前国内外用于自动驾驶的激光雷达探测距离规格大多是200米 ， 在雨雪、雾霾等天气条件下 ， 探测距离会衰减为数十米 。 此外 ， 针对干线运输的自动驾驶卡车 ， 激光雷达的探测距离需要达到500米以上 ， 才能给刹车距离较长的卡车以充足的决策时间 ， 从而提高安全性、降低油耗 。
另外能耗方面 ， 若激光雷达系统的能耗降低 ， 能提高车辆的续航能力与驾驶体验 ， 甚至降低运行温度 ， 提高激光雷达的使用寿命——对于私人车辆而言 ， 要求即使投入运营多年后系统也能无故障运营 。
大约 15 年前 ， 欧司朗光电半导体有限公司 (Osram Opto Semiconductor) 首次推出第一款用于 LiDAR 的激光二极管 。 当时该产品型号在电流为 30 安培时可输出 75 瓦的光学性能 。 随着技术的不断发展 ， 尤其是对芯片设计和外壳的优化 ， 在运行极限范围内显著提高了性能 。 因此也明显优化了脉冲长度等其他参数 。 在如今的通道脉冲激光器 SPL S1L90A_3 A01 等产品型号中 ， 电流为 40 安培时可达到 125 瓦的性能 。 不仅提高了约 30% 的效率 ， 同时还降低了系统运行的总成本 。 由于低感应率和新型的 GaN （氮化镓）场效晶体管技术 ， 目前已可实现 2-4 ns 的短脉冲 。
发射宽度和分辨率
激光系统在每个立体角中检测出的点越多 ， 区分度将越精确——类似于摄像系统中的像素 。 最早用于制动辅助系统的激光系统已经可提前远距离检测前方路况 。 然而该系统的“像素”相对较低并且检测范围或立体角存在限制 。
目前的 SPL DP90_3 等型号 LiDAR 激光芯片尺寸为 120 μm 并且发射宽度更窄 。 这一部件在电流为 20 A 时达到 65 W 的光学性能 ， 这不仅将成为市场销售的独特亮点 ， 同时也适用于检测汽车的周围环境并为下游系统提供高分辨率的图像 。
部件微型化
由于辅助系统越来越呈现复杂化 ， 因此必须在越来越小的面积内安装更多的部件 。 因此组件的微型化往往成为关注的焦点 。 这一点在外壳的小型化上体现得尤为明显 。
第一代标准化的 TO-Metalcan 外壳直径通常为 5.6 mm 。 现在通用的 SMD 外壳不仅由于表面装配技术 (SMT) 而具有简易组装的优势 ， 而且 2mm x 2.3mm 的尺寸也更加紧凑 。
.除了配备外壳的组件之外 ， 当系统设计者追求极深的集成度时 ， 也需要对尺寸极小的芯片也进行微型化 。 目前的 SPL DP90_3 型号不仅具备光束质量优化的亮点 ， 而且由于尺寸特别紧凑而受欢迎 。 由于节省空间的芯片安装面积仅为 0.3 mm x 0.6 mm ， 因此系统制造商可以实现极为紧凑的设计 。 欧司朗光电半导体有限公司 (Osram Opto Semiconductor) 是第一家为各种系统方案提供完整产品组合的制造商 ， 多年来该公司研发出了如今通用的 905 nm 波长 。