跨越五大障碍，激光雷达有望实现新突破

　　据麦姆斯咨询报道，LiDAR这项技术已经在许多应用领域取得了相当大的进展，仅举几例：空间测绘、无人驾驶汽车、安防和无人机等。然而，现如今传统的LiDAR体系架构的发展正面临着五大挑战，使其无法作为一种经济高效的解决方案大规模使用，而此解决方案可提高汽车性能和安全性，解决更多的工业流程问题和应用，并为消费类产品增加新的功能。

　　目前在驾驶试验中使用的LiDAR技术有助于人工智能(AI)系统的训练，但是由于无法满足尺寸、可靠性和成本的要求，暂时还无法在量车汽车中展开部署。正在开发的新型LiDAR系统可以满足广泛生产部署的所有要求，但首先，让我们先来回顾一下需要克服哪些挑战。

　　当今LiDAR系统面临的五大挑战

　　这五项挑战意义重大，在它们得到解决之前，LiDAR作为量车汽车中可广泛部署的技术之一，我们只实现了其一小部分的潜力。

　　1. 尺寸

　　如今多数LiDAR系统都是安装在汽车顶部的一套大型旋转装置，非常显眼。但该技术不符合OEM(原始设备制造商)大众市场部署的尺寸、成本或汽车认证要求。虽然目前有一些尺寸较小的旋转LiDAR装置，通过将多个单元嵌入至汽车的各个区域来扩大应用，但是这些组件仍然太大，有些甚至是通过牺牲性能(分辨率和距离)来减小尺寸。如果继续将复杂的旋转机械部件压缩进更小的封装，或者使用无法进一步减少成本或满足汽车一级资质要求的技术和部件，收效将会逐步减小，这就要求对技术进行根本性的变革。

　　2. 成本

　　LiDAR的演示通常会在客户中引发一阵高潮，不幸的是，他们后来发现演示模型的制胜功能依赖于昂贵的、非指定的组件，而这些组件却无法满足汽车级认证。主要的成本驱动因素是激光器与光学器件的对准，获得足够的输出功率以满足距离要求，并设法使激光束覆盖所需的视场。

　　目前试验中部署的LiDAR中的多数技术都无法针对大众市场应用降低成本。尽管有人声称产量的增加会降低成本，但是如果不进行重大的设计修订，即使有高产量或设计改进都是不够的。

　　3. 可靠性

　　现如今的LiDAR系统大多是基于宏观机械或微机电系统(MEMS)，具有运动部件的所有缺点，包括有限的可靠性。这些产品需要仔细校准，而且制造成本很高。由于大多数材料不具备在汽车一级温度范围(-40°C至125°C)内工作的条件，所以它们在热应力下的故障率会很高。比较明确的做法是用固态替代方案替换运动部件，使每个部件都能够满足一级温度和质量要求。然而，即使像激光器这样的固态技术也还有很长的一段路要走，毕竟现在很少有激光器能满足一级车规的要求。

　　4. 探测距离

　　现在LiDAR系统已经证明了可以实现相对较远的探测距离，但是目前存在一个大家广泛持有的假设是，这种性能水平仅在1550nm扫描激光器中才有可能达到。该技术确实可提供良好的探测距离，但由于高功率1550nm激光器和传感器的成本，价格却非常高。现已开发出廉价泛光激光器技术，具有可比的探测距离和有吸引力的成本优势。

　　5. 人眼安全

　　长期以来，1550nm波长的激光被认为是人眼安全的最佳数值。它确实是比那些可以穿透眼睛进入视网膜的激光类型更安全。然而，高成本的1500nm二极管泵浦固体激光器(Diode Pumped Solid State laser，DPSS)、二极管泵浦光纤激光器(Diode Pumped Fiber laser)或带有掺铒光纤放大器(Erbium& Doped Fiber Amplifiers，EDFA)的分布式反馈激光器(Distributed Feedback Laser，DFB)的主导地位目前正受到新的器件拓扑的挑战，这些器件拓扑可使较短的波长变得安全。

　　应对尺寸挑战

　　好消息是什么?在车辆顶部旋转万向架上安装大型旋转“全家桶”(即LiDAR)的日子已经所剩不多了。使用合适的垂直腔面发射激光器(Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL)照明器可以大大减少LiDAR系统的占位面积。照明解决方案制造商可以将数百个VCSEL激光器集成到仅为毫米级大小的微芯片上。

　　这项技术将极大地减少LiDAR系统整体尺寸，同时还能提供照亮整个视场所需的人眼安全的高功率。LiDAR单元可以缩小至一副牌的大小甚至更小。在汽车应用中，这就可以将LiDAR安放在汽车外部和内部的多个位置，以有效地测量距离可为数米或远至200多米的物体。这些变化为无人驾驶汽车提供了额外的环境监测和防碰撞功能。

图1 TriLumina生产的VCSEL芯片