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《北京大学提出基于混沌光梳的并行激光雷达架构攻克了激光雷达抗干扰和高精度并行探测难题》

  • 来源专题：集成电路
  • 编译者： 李衍
  • 发布时间：2023-03-28

  • 随着高级别自动驾驶的日益普及，确保行驶舒适安全的核心器件激光雷达在过去几年中取得了显著进步。高性能、小体积、低成本、低功耗、高安全的激光雷达是未来厂商竞相追逐的方向。

    只有在宽视场和高成像分辨率下实时更新周围环境的三维信息，才能实现安全可靠的无人驾驶。为了实现这一目标，激光雷达的一个主要发展路线是并行化，通过同时进行多通道测量，仅需1D扫描即可实现3D成像，从而大幅提高捕获率和角度分辨率。此外，并行化还可以减轻对光束操纵机构的依赖。商用激光雷达目前可携带多达128个通道进行并行探测。然而，以前开发的并行激光雷达在信道拥塞方面都面临着严峻的挑战，光信道在时域或频域上的重叠致使很难区分有效回波信号和干扰。

    北京大学研究团队研制出一种全新的硅基片上多通道混沌光源，提出了一种基于混沌光梳的并行激光雷达架构，攻克了激光雷达抗干扰和高精度并行探测这两个难题[1]。

    研究团队通过集成微腔光梳的调制不稳定状态产生天然的多通道随机调制信号，其信号混沌带宽可超过7GHz，且光梳的调制不稳定态在18GHz的失谐范围内展现出了良好的鲁棒性，能够应对外部泵浦光源的频率抖动[2]。同时，材料的高非线性系数使产生的调制不稳定光梳的阈值功率相比其他材料平台低1—2个数量级，能够与片上DFB激光器共集成。在此基础上，研究团队搭建了并行激光雷达演示系统并对实物目标进行了高精度三维成像，验证了10通道规模的单像素成像，证明了各通道间良好的正交隔离性。此外，研究团队还对接收信号在不同信号干扰混叠下的抗噪功率抑制比进行了测试，实测可得在3dB阈值判据和12.5μm积分时间下,单路信号的功率动态范围接近60dB，对调频连续波信号的抗噪功率抑制比接近30dB，对自身随机调制信号的抗噪功率抑制比可达22dB，展现出了良好的有源抗干扰能力。

    [1] Ruixuan Chen, Haowen Shu, Bitao Shen, et al. Breaking the temporal

    and frequency congestion of LiDAR by parallel chaos[J]. Nature Photonics, 2023.

    https://www.nature.com/articles/s41566-023-01158-4

    [2] https://ele.pku.edu.cn/info/1012/2460.htm



  • 原文来源：https://ele.pku.edu.cn/info/1012/2460.htm
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    • 对于激光雷达而言，2021年无疑是开启量产的关键之年。 这一年，在以蔚小理为代表的新造车品牌的引领下，众多车企纷纷宣布将在下一代量产车上搭载激光雷达，来提升新车的智能化水平。且根据各大车企的规划，这些新车很大一部分将于今年正式量产上市。这意味着，2022年有望真正成为激光雷达的量产大年。 车企争相发布上车计划，激光雷达进入量产倒计时 回顾2021年整车厂的激光雷达量产之争，最早始于蔚来。 2021年1月9日，蔚来正式发布首款轿车ET7，该车应用了最新的蔚来自动驾驶技术NAD，其超感系统Aquila配备了33个高性能感知硬件，包括11个800万像素高清摄像头、1个超远距离高精度激光雷达，以及5个毫米波雷达，12个超声波传感器。 其中激光雷达由Innovusion（图达通）与均联智行合作开发，等效300线，水平视角120°FOV，500米超远探测距离，据称是当时全球看得最远的量产激光雷达，且具备动态聚焦的凝视功能，能够更好得追踪车辆和行人。根据蔚来的规划，该车于2022年1月20日正式开启锁单，将在3月28日开启交付。 4月14日，小鹏汽车旗下第三款产品小鹏P5正式发布，新车亦搭载了激光雷达，来自于大疆孵化的Livox览沃科技。据了解，Livox基于浩界Horiz车规级激光雷达平台为小鹏汽车进行了一系列定制化开发，最终提供的车规级量产版本等效144线，探测距离达到150米，横向FOV达到了120°。小鹏汽车XPILOT自动驾驶辅助系统配合激光雷达后，可在高速公路、城区道路等场景下实现远处障碍物的超前检测，更快检测出远处路面上诸如行人、自行车、雪糕桶等细小目标物体。目前，该车已于2021年9月正式上市。 同样在上海车展期间，由华为和ARCFOX极狐发布的联名款新车——极狐阿尔法S 华为HI版在极狐和华为展台亮相，新车最大的看点之一也是配置了激光雷达，并且是3颗来自华为的96线车规级激光雷达。不仅如此，该车还搭载了6个毫米波雷达，12个摄像头，13个超声波雷达，同时拥有算力可达400Tops的华为自研芯片，可达到华为最高阶自动驾驶水平。 4月29日，FF官宣Velodyne为FF 91激光雷达独家供应商。Velodyne将为FF配套Velarray H800固态激光雷达传感器，赋能FF 91的自动驾驶系统，该系统旨在提供一套全面的以高速公路、城市道路和停车为主的自动驾驶解决方案。 Velarray H800具有远距离感知能力和宽广的视野，同时配备安全导航和防撞预警等功能，专为辅助驾驶系统和自动驾驶应用的用户情境而设计。该产品采用了Velodyne突破性的专有微激光雷达阵列架构（MLA），可嵌入式设计使得产品能无缝地安装在车辆挡风玻璃后面。 6月，据相关媒体报道称，沃尔沃XC90纯电动版将于2022年正式亮相，也会标配激光雷达和自动驾驶运算平台。其中激光雷达将由自动驾驶汽车传感器公司Luminar提供，Luminar同时也是上汽、大众、通用等的合作伙伴，比如上汽飞凡汽车的非凡R7，所搭载的激光雷达也是由Luminar提供。 10月22日，威马汽车第一款轿车产品“威马M7”正式发布。为打造威马首个全场景智能移动空间，M7搭载了一系列的智能硬件，包含了32颗智能驾驶感知硬件，3颗自主变焦高精超视固态激光雷达，水平探测范围可达330°，同时配备了7颗800万像素高清摄像头，最远探测距离超过600米，接近4K级像素成像能力，可实时构建周边环境。 11月15日，长城汽车旗下高端品牌沙龙汽车官宣称，旗下首款车型将搭载4颗激光雷达，实现激光全视角覆盖。随后的11月19日，沙龙品牌首款车型“机甲龙”首发，据沙龙智行CEO文飞介绍，新车除全球首搭4颗激光雷达，还会采用华为MDC自动驾驶芯片，同时配备二套华为智能驾驶计算平台，算力高达400TOPS。 此外，理想、哪吒、高合、路特斯、WEY、广汽埃安、上汽智己、长安阿维塔等品牌也都宣布了激光雷达量产计划。据盖世汽车不完全统计，仅今年就至少有15款以上搭载了激光雷达的新车上市，就时间来看，这些新车型很多都将于2022年正式量产。 激光雷达需求爆发，技术已经发展到哪一步了？ 伴随着激光雷达的规模化应用，相关的技术提供商也在持续推进技术迭代，以更好地应对市场需求。 在CES 2021上，速腾聚创向全球受众揭晓并展示了车规级MEMS固态激光雷达RS-LiDAR-M1的SOP版本。作为一款嵌入前装量产车的激光雷达，M1厚度仅45mm，深度108mm，宽度110mm，最远探测可达200m，150m@10%反射率，可以准确稳定识别处于150米外的黑色车辆(车牌与车灯同时用黑布盖住)。 不仅如此，2021年6月，速腾聚创还在新版RS-LiDAR-M1中正式上线了“凝视”功能，该功能可以动态调整ROI (Region of Interest)区域，同时可以动态调整分辨率，将ROI区域内分辨率翻倍再翻倍达到等效于一维扫描数百上千线的感知能力，从而基于不同的路况下环境感知重点作出优化，尤其是激光雷达对远距离障碍物感知能力。 该产品已于2021年6月正式启动车规量产交付，截至 2021 年底，共计获得 40 余款车型定点订单，包括威马M7、小鹏G9、广汽 Aion LX Plus 、智己LS7等。 4月，Innoviz宣布推出新的高性能激光雷达传感器InnovizTwo。与InnovizOne相比，新一代传感器的性能提高了30倍，成本降低了70%，该公司称其可用于所有车型。基于前几代的InnovizPro和InnovizOne，新的InnovizTwo 905nm激光雷达运用了Innoviz大量的专有技术，可实现300米的探测距离，并检测到220米以外反射率为10%的小型黑色物体，分辨率为0.07x0.05。Innoviz预计，该产品将于2022年开始量产，于2023为OEM汽车项目提供服务。 同月，一径科技携最新产品-固态激光雷达ML-Xs亮相上海国际车展。据悉，本次推出的ML-Xs新品是一款前向长距MEMS激光雷达，采用的是MEMS微振镜＋1550nm 光纤激光器的方案，同时采用自研的接收及ASIC芯片，视场角可达120°X25°，等效约200线， ~0.1°角分辨率。未来将主要面向ADAS以及L4+，为自动驾驶车辆的安全出行保驾护航。 同期，镭神智能重磅全球首发了其车规混合固态激光雷达CH128X，该产品基于高线束混合固态激光雷达小型化技术的突破，不仅拥有测距远、视场宽、分辨率高的卓越性能，而且整机尺寸大大缩小。其中，CH128X1整机尺寸仅118x90x75mm，窗口片尺寸更是仅85.3x66.8mm，更适合嵌入车头进气栅位置，兼顾整车设计美观的要求；而CH128X2尺寸更进一步缩小，高度仅仅45mm，更适用于把激光雷达嵌入车顶的主机厂客户。 8月13日，禾赛科技正式公布面向ADAS前装量产的长距混合固态激光雷达——AT128。通过芯片化128通道的固态电子扫描，AT128实现了“真128线”的结构化扫描，包括点云在水平和垂直方向完整视场角无拼接均匀分布。在探测距离上，AT128不仅具备200米@10%的测距能力，而且最远地面线可以达到70米。凭借该产品，自6月份以来，禾赛科技已经和至少13家OEM及自动驾驶研发企业达成了合作，包括理想汽车、文远知行、集度、爱驰汽车、新石器、主线科技、轻舟智航、华人运通等，以打造成熟的自动驾驶生态圈。 11月23日，法雷奥在其全球线上直播发布会上正式发布其第三代扫描激光雷达（LiDAR），该产品将于2024年投放市场。据了解，法雷奥第三代激光雷达在探测距离、分辨率、帧率等方面都有较大的提升，能以每秒450万像素和25帧的速度重建车辆周围环境，并实时生成3D图像。和上一代产品相比，分辨率提高了12倍，探测距离增加了3倍，视角扩大了2.5倍。 整体来看，混合固态激光雷达作为激光雷达从机械式向纯固态演进的一种过渡产品，由于相较于纯固态激光雷达技术更成熟，机械式激光雷达成本更低同时可靠性更高，正成为当前主流的激光雷达量产方案。但长远考虑，全固态式激光雷达因为体积小、成本更低，被认为是市场的未来趋势。 资本密集涌入，激光雷达仍是投资热土 激光雷达大规模上车背后，资本也起到了重要的助推作用。 据相关统计数据显示，在刚刚过去的2021年，国内全年与激光雷达相关的融资事件合计25起，金额超140亿元，车载激光雷达共收获近38亿元的资金。 2021年初，均胜电子发布消息称，已于近日完成对激光雷达制造商Innovusion的战略投资，并将通过子公司均联智行与图达通开展合作，为蔚来汽车近期发布的首款轿车ET7提供超远距离高精度激光雷达。 6月18日，一径科技宣布完成数亿元B轮融资，本轮融资由英特尔资本和创新工场分别领投B1轮和B2轮，由华兴资本担任本轮融资独家财务顾问。据悉，本轮融资将主要用于一径科技常熟工厂产线生产自动化及产能提升的实现，加大产品及核心芯片研发投入，加速长距等新产品的相应开发，进一步推动乘用车前装量产。同时一径科技也将加大全系列产品的市场推广。 7月底，镭神智能宣布完成近3亿元C轮融资，领投方包括春阳资本和徐州政府引导基金，同时参与本轮融资的还有国联通宝、投控东海、正奇控股、招商证券投资、弘湾资本、隽赐投资、奇思资本等，其中红岩投资担任本次融资的财务顾问。至此，镭神智能已累计完成4轮融资。 本次融资将主要用于镭神智能车规混合固态激光雷达的研发和产业化以及市场拓展，筹建专门用于车规产品生产的产能达50万台的徐州生产基地及其全自动化产线，持续加强和提升基于汽车前装行业应用的多传感器融合感知算法研发能力，自研核心驱动集成芯片和接收端集成芯片，以及下一代战略产品——人眼安全的1550nm光纤激光雷达及核心高功率光纤元器件的研发布局，从研产销全面打造车规激光雷达产品方案体系。 8月13日，激光雷达制造商Innovusion宣布获得6600万美元B+轮融资。此前，Innovusion曾于5月完成6400万美元B轮融资，这意味着截至目前Innovusion B轮融资总额已达1.3亿美元。Innovusion此次新获融资由国泰君安国际私募股权基金领投，顺为资本跟投，原有投资人蔚来资本、淡马锡和斯道资本也参与了本轮投资。融资将主要用于力挺面向前装量产的蔚来ET7激光雷达的大规模量产交付，以及Innovusion持续关注与投入的技术自研创新项目。 9月中旬，探维科技宣布完成1亿元A轮融资，由聚卓资本和嘉益基金联合领投，颢腾亚洲、宏升投资跟投。本轮融资主要用于建设车规级的激光雷达生产基地与测试标定中心，以及新产品线研发团队的建设。据悉，探维科技已经开始在苏州投资建设车规级的激光雷达生产基地与测试标定中心，面积规模3000平，一期规划年产能达10万台，以全面加速推进车载固态激光雷达的量产与交付。 11月16日，禾赛科技宣布获得来自小米产投7千万美金的追加融资，加上之前官宣的超3亿美金融资，至此禾赛D轮融资总额已超过3.7亿美元。本轮领投方包括小米集团、高瓴创投、美团和CPE等，所获资金将用于支持面向前装量产的混合固态激光雷达的大规模量产交付、禾赛麦克斯韦智能制造中心的建设，以及车规级高性能激光雷达芯片的研发。 从融资轮次来看，随着头部企业技术成熟度不断提升，目前激光雷达领域B轮及以后的融资事件正不断增多。而伴随着这些新资本的涌入，正为激光雷达的规模化应用提供更多动力。据 Frost&Sullivan 预测，2025 年全球激光雷达市场规模将达 135.4 亿美元，其中高级辅助驾驶、无人驾驶、车联网和服务机器人领域分别占激光雷达市场总规模的 34.64%、26.30%、33.81%和 5.26%，仅中国激光雷达市场规模将达到 43.1 亿美元。
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  • 《世界首台完全抗干扰激光雷达在舟山海试成功》
    • 来源专题：光电信息技术
    • 编译者：王靖娴
    • 发布时间：2024-12-18
    • 【内容概述】据激光之家12月17日报道，世界首台完全抗干扰激光雷达，日前在舟山首次海试并获得成功。该激光雷达技术由东海实验室光学感知装备研究团队发明研制，拥有完全自主知识产权。海试团队在舟山东极以东海域，在晴天肉眼能见度不足两米的水质条件下，成功实现了探测水深近50米，充分验证了该技术在远海水质优良时探测深度超百米的可行性，为后续研究奠定了坚实基础。 东海实验室研发的最新技术首次攻克了激光雷达受环境光干扰的全球性难题，可使激光雷达实现对大气与海洋的全天时观测。相关业内人士表示，该技术有望对大气和海洋遥感发展起到关键的推动作用，具备广阔的产业前景。
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