Radarul laser din autovehiculele autonome este unul dintre senzorii de bază pentru perceperea mediului înconjurător, construind un model tridimensional al mediului înconjurător prin emiterea unui laser și primirea unui semnal reflector, oferind date critice pentru luarea deciziilor vehiculului. Următoarele analize sunt detaliate în ceea ce privește principiile tehnologice, avantajele de bază, tehnologiile cheie și tendințele de dezvoltare:

Principiul tehnic: de la emisia laser la modelarea 3D

Emisiune şi scanare laser

Emiterea unui laser pulsat de înaltă putere prin intermediul unui emitător laser, cum ar fi un laser semiconductor, cu lungimi de undă de 905 nm sau 1550 nm (1550 nm este mai sigur pentru ochiul uman și este mai distanță de detectare).

Scanarea la 360° este realizată prin controlul direcției fasciculului laser cu componente rotative mecanice (cum ar fi prisme rotative, vibroscopii) sau tehnologii de scanare electronică (cum ar fi matrice de fază, microscopii MEMS).

Recepție și procesare de ecouri

Receptoarele (cum ar fi APD, SPAD) captează semnalele reflectate cu laser și calculează distanța țintă prin măsurarea timpului de zbor (ToF) sau a diferenței de fază a luminii.

În fiecare secundă pot fi generate milioane de puncte tridimensionale (nori de puncte) pentru a construi distanțe, forme, materiale și alte informații despre mediul înconjurător.

Tehnologii cheie: depășirea grățurilor de performanță și costuri

Tehnologia de scanare: de la mecanic la solid

Rotație mecanică: scanarea la 360° prin rotație fizică, cu tehnologie matură, dar cu volum mare, durată de viață scurtă (aproximativ 10.000 de ore) și costuri ridicate (prețul unitar inițial depășește 10.000 de dolari).

Semi-solid (vibroscopie MEMS, scanare prin prismă): doar unele componente sunt mici, cu dimensiuni reduse și costuri scăzute la mii de dolari, cum ar fi Hexagon AT128, Livox Horizon.

Totul solid (matrice de fază, radar laser Flash): fără componente fizice mobile, fiabilitate ridicată, pentru integrarea la nivel de vehicule (cum ar fi Innovusion, radarul Huawei 96), dar rezoluția la distanțe lungi trebuie îmbunătățită.

Optimizarea emisiei şi primirii cu laser

Sursă laser de înaltă putere: laser cu fibră optică (1550 nm) pentru a crește distanța de detectare, evitând în același timp leziunile ochiului uman (clasa de siguranță 1).

Recepție în matrice: Receptoarele multicanal (de exemplu, 128 de canale) procesează semnalele în paralel pentru a crește densitatea norilor de puncte și frecvența cadrelor (de exemplu, peste 10 Hz).

Algoritmul cloud de puncte și convergența datelor

Reducerea zgomotului și agruparea: Eliminarea zgomotului din mediu prin algoritmi de filtrare (de exemplu, filtre somatice, filtre statistice) și identificarea țintelor (de exemplu, vehicule, pietoni).

Fuziune multi-senzor: îmbunătățește fiabilitatea procesului de luare a deciziilor prin complementaritatea datelor radarului cu unde milimetrice (de exemplu, radarul laser completează zona orbă de noapte a camerei, iar radarul cu unde milimetrice pătrunde ceața de ploaie).

Provocări și tendințe la nivel de vehicule

1. Provocările principale

Controlul costurilor: radarul laser mecanic a reprezentat 40% din costurile hardware-ului de conducere autonomă și costurile au fost reduse sub 500 de dolari prin producție în masă, cum ar fi integrarea cu cipuri.

Fiabilitate: este necesară testarea temperaturii de -40 ° C ~ 85 ° C și testarea vibrațiilor (cum ar fi standardul ISO 16750) pentru a se adapta mediului de la bord.

Volumul și integrarea: trebuie încorporate în acoperiș, amortizoare și alte locuri, pentru grosime < 10 cm (de exemplu, Dajiang Livox Avia).

2. Tendențe tehnice

Popularizarea în starea solidă: se așteaptă ca piața radarului laser în starea solidă să reprezinte peste 30% în 2025, iar producătorii cum ar fi Huawei și Innovusion au lansat programe de nivel auto.

Lungimea de undă îmbunătățită: radarul laser de 1550 nm detectează distanțe mai lungi și crește penetrația în scenarii de mare viteză, cum ar fi conducerea autonomă pe autostradă.

Integrare pe cipuri: Integrați transmiterea, primirea și procesarea semnalelor în cipurile ASIC, cum ar fi seria Velodyne Vella, pentru a reduce volumul și consumul de energie.

Scenarii tipice de aplicare

Conducere autonomă de mare viteză: detecție pe distanțe lungi (> 200 m) pentru a evita în avans frânele brusce din fața mașinii și obstacolele de pe suprafața drumului, cum ar fi Tesla FSD și Xiaoping XNGP.

Dururi urbane complexe: norii de puncte de înaltă rezoluție identifică obiective neregulate precum pietonii, bicicletele, conele de trafic și altele, sprijinind parcarea automată și trecerea la intersecții.

Asistență pentru medii dure: Suplimentarea senzorilor vizuali în situații de noapte, tuneluri, ploaie furtunoasă și altele, cum ar fi radarul laser standard pentru mașinile fără pilot Waymo.

Radarul laser este un senzor cheie pentru conducerea autonomă L3 și mai sus, datorită capacității de percepție tridimensională de înaltă precizie și distanțe lungi. Odată cu avansarea tehnologiei de stare solidă și cipuri, costurile și fiabilitatea acestora îndeplinesc treptat cerințele reglementărilor vehiculelor, în viitor, soluțiile de integrare a senzorilor multi vor promova comercializarea conducerii autonome.