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        1. 侵权投诉

          解密华为的激光雷达

          佐思汽车研究 ? 2020-10-12 11:43 ? 次阅读

          华为最近展出了针对自动驾驶的一系列传感器,包括双目摄像头、毫米波雷达和激光雷达。这次我们首先解密华为的激光雷达,下次是双目摄像头。

          华为的保密工作一向是业内最好的,因此别指望有太多公开资料,因此突破口还是选在专利上。2020年7月2日,世界知识产权组织国际局公布了华为的一项有关激光雷达的专利,发明名称为一种激光雷达测量模组和激光雷达。这是华为激光雷达领域覆盖面最广的专利,长达52页,大多数中文发明专利不超过20页?;ɡ昵胂晗杆得髁思す饫状锏脑砗凸乖?。很有可能就是华为这款激光雷达2.0的详细介绍。

          在解密华为激光雷达前先了解一下激光雷达信噪比的概念,任何传感器,最重要的参数就是信噪比,非相干激光雷达的信噪比SNR方程可以表示为:

          从上面公式可以看出,要提高信噪比,最简单有效的方法是提高接收信号光功率和量子效率。激光雷达按光学扫描器目前可以分为三大类,一类是旋转型机械激光雷达,包括360度旋转和反射镜往复的Scala,是目前最常见最成熟的激光雷达。第二类是MEMS激光雷达。第三类是Flash激光雷达,Flash激光雷达实际是2D/3D焦平面(FPA)摄像机,也就是手机和平板领域大量使用的ToF相机,两者完全一样,只是有效距离差很多。Flash激光雷达全半导体构成,与目前传统摄像头几乎没有差别,因此前途远大,但近期内落地较难,因为目前VCSEL的效率和指向性,让Flash激光雷达有效距离和分辨率都不及前两类,顺便要说一下,前两类激光雷达输出的是点云,Flash激光雷达输出的是3D图像,当然也可以输出点云。目前高性能Flash激光雷达主要是IBEO和OUSTER。都对Beam做了调整,不是单一Beam而是Multi-Beam。

          MEMS是目前最快落地的方案,和机械激光雷达相比,其优势有三,首先MEMS微振镜帮助激光雷达摆脱了笨重的马达、多棱镜等机械运动装置,毫米级尺寸的微振镜大大减少了激光雷达的尺寸,提高了可靠性。

          英飞凌收购的Innoluce MEMS激光雷达示意图

          其次是成本,MEMS微振镜的引入可以减少激光器和探测器数量,极大地降低成本。传统的机械式激光雷达要实现多少线束,就需要多少组发射??橛虢邮漳??。而采用二维MEMS微振镜,仅需要一束激光光源,通过一面MEMS微振镜来反射激光器的光束,两者采用微秒级的频率协同工作,通过探测器接收后达到对目标物体进行3D扫描的目的。与多组发射/接收芯片组的机械式激光雷达结构相比,MEMS激光雷达对激光器和探测器的数量需求明显减少。从成本角度分析,N线机械式激光雷达需要N组IC芯片组:跨阻放大器(TIA)、低噪声放大器(LNA)、比较器(Comparator)、模数转换器ADC)等。如果采用进口的激光器(典型的如Excelitas的LD)和探测器(典型的如滨松的PD),1K数量下每线激光雷达的成本大约200美元,国产如常用的长春光机所激光器价格能低一些。MEMS理论上可以做到其1/16的成本。

          最后是分辨率,MEMS振镜可以精确控制偏转角度,而不像机械激光雷达那样只能调整马达转速。像Velodyne的Velarray每秒单次回波点达200万个,而Velodyne的128线激光雷达也不过240万个,Velarray几乎相当于106线机械激光雷达。

          那么MEMS的缺点是什么?缺点就是信噪比和有效距离及FOV太窄。因为MEMS只用一组发射激光和接收装置,那么信号光功率必定远低于机械激光雷达。同时 MEMS激光雷达接收端的收光孔径非常小,远低于机械激光雷达,而光接收峰值功率与接收器孔径面积成正比。导致功率进一步下降。这就意味着信噪比的降低,同时也意味着有效距离的缩短。扫描系统分辨率由镜面尺寸与最大偏转角度的乘积共同决定,镜面尺寸与偏转角度是矛盾的,镜面尺寸越大,偏转角度就越小。而镜面尺寸越大,分辨率就越高。最后MEMS振镜的成本和尺寸也是正比,目前MEMS振镜最大尺寸是Mirrorcle,可达7.5毫米,售价高达1199美元。速腾投资的希景科技开发的MEMS微振镜镜面直径为5mm,已经进入量产阶段;禾赛科技的PandarGT 3.0中用到的MEMS微振镜则是由自研团队提供。

          解决办法主要有两种,一是使用1550纳米发射波长的激光器,用光纤领域的掺铒放大器进一步提升功率,1550 nm波段的激光,其人眼安全阈值远高于905nm激光。因此在安全范围内可以大幅度提高1550 nm光纤激光器的激光功率。典型例子就是沃尔沃和丰田投资的Luminar。缺点是1550纳米激光器价格极其昂贵,且这是激光器产业的范畴,激光雷达厂家的技术远不及激光器产业厂家,想压低成本几乎不可能,还有一个缺点是1550纳米对阳光比较敏感。不过1550纳米附加一个优点就是像毫米波雷达一样全天候。二是使用SPAD或SiPM接收阵列,而不是传统APD阵列,SPAD阵列效率比APD高大约10万倍,典型例子是丰田中央研究院。但SPAD阵列目前还不算特别成熟,价格也略高。

          华为要想快速切入激光雷达领域,自然也是选择MEMS激光雷达,不过针对功率过低的缺点,华为做了改进,也就是华为专利所说的,多线程微振镜激光测量模组。

          华为采用机械激光雷达的做法,采用多个发射和接收组件,而不是传统MEMS激光雷达那样只有一个,因为华为在光电领域产业庞大,规模效应突出,采购激光发射器和接收器的成本远比传统激光雷达要低。

          华为激光雷达光路图

          图中画出了三个测距模组,分别是100a、100b、100c,每个模组包括三个元件,分别是激光发射器101B,分光镜102a,接收器103a。104a为出射光束,110为反射镜,105a为回波光束,120为MEMS振镜,微振镜二维扫描摆动,实现光束140a(源自104a)的扫描。130为处理电路。100a、100b、100c结构完全一致,分时发射激光束?;牡刃?00线,当然也不是100个测距模组,那样增加成本太多了,毕竟MEMS振镜的垂直扫描密度要好控制的多。

          华为激光雷达立体结构图1

          华为激光雷达立体结构2

          华为激光雷达立体结构3

          110反射镜的出现,让华为激光雷达更紧凑,更加方便线路板布线。同时以120MEMS振镜为核心,两边对称放置测距模组。结构更加简洁。160和170为连接线缆,180为透光外壳窗口。

          华为这种设计,当然成本和体积肯定比传统MEMS激光雷达大多了,但性能也增加了,特别是有效距离和FOV,通常激光雷达厂家在说明有效距离时不会加上反射率,一般默认为90%,这样数字会好看很多,而华为特别点明反射率10%,反射率10%的情况下,即使短距离激光雷达都可达80米,传统MEMS激光雷达通常只有一半即40米。功率的增加让MEMS振镜尺寸可以缩小,FOV就可以大一点,华为激光雷达的FOV也是业内最大的。振镜越小,价格也越低?;庵帜?槭讲季?,可以快速出产多种用途的激光雷达,适应不同的市场需求。

          最有希望的Flash激光雷达,相信华为也有布局,不过Flash激光雷达的关键不在于激光雷达厂家,而是ToF传感器厂家,这些领域都是巨头,索尼、OV、ST、东芝、松下、安森美、英飞凌等。未来可能像摄像头一样,这些巨头提供传感器,激光雷达厂家做成模组,但这个过程可能长达8-10年。这期间三种激光雷达可能长期共存。

          原文标题:揭秘华为激光雷达

          文章出处:【微信公众号:佐思汽车研究】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

          责任编辑:haq

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          9月23日,华为官方宣布,将于9月25日发布全新操作系统,名为“openEuler欧拉”。早前任正非曾透露,openEuler定位是面向国家数...
          发表于 09-23 17:43 ? 292次 阅读

          无位置无刷直流电机的准闭环启动有何优势

          无位置传感器是怎样启动的? 无位置无刷直流电机的准闭环启动有何优势? ...
          发表于 09-23 08:41 ? 0次 阅读

          介绍一种新的控制设备运行基础设施PLC 4.0

          PLC 4.0是什么? PLC 4.0的基本特性有哪些?PLC 4.0有何作用? ...
          发表于 09-23 06:23 ? 0次 阅读

          关于正弦波有感程序的学习不看肯定后悔

          本期学习的主要内容是对正弦波有传感器的主要程序部分进行学习,表现在对电流环和相关代码的理解。 ...
          发表于 09-23 06:08 ? 0次 阅读

          你都知道变电的相关名词有哪些吗

          变电组态文件的相关名词有哪些? 变电硬件的相关名词有哪些? ...
          发表于 09-22 07:12 ? 0次 阅读

          心率传感器son1205

          求个大佬帮忙解答,为什么用心率传感器son1205采集的心率波,经过描点,上位机显示,却是一个方波的样子呢...
          发表于 09-20 23:37 ? 0次 阅读
          心率传感器son1205

          请教各位技术达人这个紫外线传感器的型号性能及有效检测波长范围

          请教各位技术达人这个紫外线传感器的型号性能及有效检测波长范围...
          发表于 09-19 15:32 ? 404次 阅读
          请教各位技术达人这个紫外线传感器的型号性能及有效检测波长范围

          BLDC永磁同步电机无传感器该如何去启动呢

          BLDC永磁同步电机无传感器该如何去启动呢? 有位置传感器的BLDC与无位置BLDC的区别在哪?...
          发表于 09-18 08:41 ? 0次 阅读

          050326000003-M 050326000003-M 位置传感器配套仪表

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 电气特征 线路电源电压要求?(VDC): 9 – 30 信号调节 - LVDT/RVDT 输出类型?(mA): 4 – 20 信号调节 - LVDT/RVDT 输出类型?(VDC): 0 – 10 励磁电压?(Vrms): 3 信号特征 励磁频率?(kHz): 7.5 主体特性 信号调节 - LVDT/RVDT 重量?(g): 117 机械附件 信号调节 - LVDT/RVDT 安装?: DIN 3 使用环境 工作温度范围?: -20 – 75?°C?[?0 – 165?°F?] 操作/应用 ...
          发表于 08-21 02:00 ? 6次 阅读

          05282945-006 05282945-006 线性位移传感器 - LVDT

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 目前没有详细产品特性的在线信息。?
          发表于 08-21 02:00 ? 13次 阅读

          05282945-012 05282945-012 线性位移传感器 - LVDT

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 目前没有详细产品特性的在线信息。?
          发表于 08-21 02:00 ? 8次 阅读

          05282946-006 05282946-006 线性位移传感器 - LVDT

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 目前没有详细产品特性的在线信息。?
          发表于 08-21 02:00 ? 8次 阅读

          05282946-012 05282946-012 线性位移传感器 - LVDT

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 电气特征 线性位移传感器 - LVDT/LVIT 电源电压?(V): ±15 模拟输出?: ±10 V 电气连接?: PT02A-10-6P 主体特性 线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外形尺寸?: 圆柱形 弹簧回弹式?: 分离式铁芯, 分离式铁芯 壳体特性 线性位移传感器 - LVDT/LVIT 外壳材料?: 不锈钢 外壳直径?: 4.78?mm?[?.188?in?] 使用环境 工作温度范围?: 0 – 70?°C?[?32 – 158?°F?] 环境规范?: 1,000 PSI 压力 ...
          发表于 08-21 01:00 ? 6次 阅读

          070369000000-M 070369000000-M 角位移传感器 - RVDTRVIT

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。??请注意:所有产品设计活动都应参照产品图纸。? 产品类型特性 角度位移传感器 - RVDT/RVIT 类型?: RVDT 结构特性 电气连接?: M12.5 针 电气特征 Input Current (Max)?(mA): 25 角度位移传感器 - RVDT/RVIT 输出类型?: 0 – 10 VDC 主体特性 角度感应范围?(°): 0 – 120 角度位移传感器 - RVDT/RVIT 重量?(g): 99 外壳材料?: 铝 机械附件 角度位移传感器 - RVDT/RVIT 安装?: Servo Groove ...
          发表于 08-21 01:00 ? 12次 阅读

          20009882-00 20009882-00 即插即用加速度传感器

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性 加速度计类型?: MEMS DC 即插即用加速度计传感器类型?: 直流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接?: 5 针连接器 电气特征 满量程输出电压?(VDC): ±2 励磁电压?(VDC): 4 – 30 零加速输出?(mV): ±50 信号特征 频率响应?(Hz): 0-1500 主体特性 轴数?: 1 重量?: 16?g?[?.56?oz?] 材料?: 不锈钢 ...
          发表于 08-21 01:00 ? 6次 阅读

          2350437-1 2350437-1 角度位置传感器 - 空心轴旋转变压器

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。??请注意:所有产品设计活动都应参照产品图纸。? 结构特性 Resolver Size?: 21 Pole Pairs?: 1 其他 Angular Error?('): 20
          发表于 08-21 01:00 ? 6次 阅读

          315-120 315-120 即插即用加速度传感器

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性 即插即用加速度计传感器类型?: 电缆组件
          发表于 08-21 01:00 ? 6次 阅读

          10207854-00 341A-240 即插即用加速度传感器

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性 即插即用加速度计传感器类型?: 电缆组件
          发表于 08-21 01:00 ? 8次 阅读

          4000A-005-060 4000A-005-060 即插即用加速度传感器

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性 加速度计类型?: MEMS DC 即插即用加速度计传感器类型?: 直流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接?: 一体式电缆 电气特征 满量程输出电压?(VDC): ±2 励磁电压?(VDC): 8 – 36 零加速输出?(mV): ±100 励磁电流?(mA): 5 信号特征 频率响应?(Hz): 0-300 主体特性 轴数?: 1 重量?: 7?g?[?.245?oz?] ...
          发表于 08-21 01:00 ? 10次 阅读

          4000A-050-030 4000A-050-030 即插即用加速度传感器

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性 加速度计类型?: MEMS DC 即插即用加速度计传感器类型?: 直流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接?: 一体式电缆 电气特征 满量程输出电压?(VDC): ±2 励磁电压?(VDC): 8 – 36 零加速输出?(mV): ±100 励磁电流?(mA): 5 信号特征 频率响应?(Hz): 0-800 主体特性 轴数?: 1 重量?: 7?g?[?.245?oz?] ...
          发表于 08-21 01:00 ? 8次 阅读

          603-0100-120 603-0100-120 速率和惯性传感器

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性 速率和惯性传感器类型?: Rate Sensors/Gyros 电气特征 励磁电压?(VDC): 5 – 16 尺寸 尺寸 MM?: 20.8 x 20.8 x 14.5 使用环境 工作温度范围?: -40 – 105?°C?[?-40 – 221?°F?] 包装特性 速率和惯性传感器包装?: Anodized Aluminium 其他 精确度?: ±0.5% Non-Linearity FS 范围 (±) DEG/SEC?: 100...
          发表于 08-21 01:00 ? 10次 阅读

          20010631-00 610-12K-276 速率和惯性传感器

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性 速率和惯性传感器类型?: Rate Sensors/Gyros 电气特征 励磁电压?(VDC): 5 – 16 尺寸 尺寸 MM?: 14.6 x 10.2 x 7.6 使用环境 工作温度范围?: -40 – 105?°C?[?-40 – 221?°F?] 包装特性 速率和惯性传感器包装?: Anodized Aluminium 其他 精确度?: ±0.5% Non-Linearity FS 范围 (±) DEG/SEC?: 12000...
          发表于 08-21 01:00 ? 6次 阅读

          62105012-000 62105012-000 位置传感器配套仪表

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 电气特征 线路电源电压要求?(VDC): ±12, ±15 信号调节 - LVDT/RVDT 输出类型?(VDC): ±10 励磁电压?(Vrms): 3 信号特征 励磁频率?(kHz): 2.5 – 10 机械附件 信号调节 - LVDT/RVDT 安装?: Printed Circuit Board Edge or Terminal Block 使用环境 工作温度范围?: -1 – 55?°C?[?30 – 130?°F?] 其他 传感器类型?: 带 5 或 6 根导线的 LVDT 或 RVDT 传感器通道?: 1 ...
          发表于 08-21 01:00 ? 10次 阅读

          67010001-000 67010001-000 线性位移传感器 - LVDT

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 使用环境 工作温度范围?: 5 – 60?°C?[?41 – 140?°F?]
          发表于 08-21 01:00 ? 6次 阅读

          7104A-0050 7104A-0050 即插即用加速度传感器

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性 加速度计类型?: IEPE 即插即用加速度计传感器类型?: 交流响应即插即用加速度计 结构特性 电气连接?: 10-32 同轴连接器 电气特征 满量程输出电压?(VDC): ±5 励磁电压?(VDC): 18 – 30 励磁电流?(mA): 2 – 10 信号特征 频率响应?(Hz): 0.3-10000 主体特性 轴数?: 1 重量?: 8.6?g?[?.303?oz?] 材料?: 不锈钢 ...
          发表于 08-21 01:00 ? 12次 阅读

          72162000-020 72162000-020 倾角传感器和倾角仪

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 结构特性 接口?: 模拟 电气特征 电源电压?(VDC): 12 – 24 模拟接口?(mA): 4 – 20 端接特性 倾角传感器和测斜仪安装?: 垂直 尺寸 尺寸?(mm): 最多 70 倾角传感器和测斜仪精确度?(°): 最多 +/- .5 分辨率?(°): 最多 +/- .01 使用环境 测量原理?: 液体 工作温度范围?: -25 – 60?°C?[?-13 – 140?°F?] 包装特性 倾...
          发表于 08-21 01:00 ? 6次 阅读

          11106140-00 AST4300A05000P4P1000 压力传感器

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性 压力传感器类型?: 非易燃压力变送器 压力类型?: 测量仪 结构特性 压力端口/接头?: 1/4 MNPT 电气连接?: 10 英尺导管 电气特征 压力传感器电源电压?(V): 10 – 28 主体特性 端口材料?: 316L 使用环境 压力?: 344.73?bar?[?5000?psi?] 工作温度范围?: -40 – 80?°C?[?-40 – 176?°F?] 操作/应用 耐压范围?: 2X,最小值 ...
          发表于 08-21 01:00 ? 24次 阅读

          11108715-00 AST4600A02000P4W1000 压力传感器

          看产品文档,或?联系我们?以了解最新的机构审批信息。? 产品类型特性 压力传感器类型?: 防爆型压力变送器 压力类型?: 测量仪 结构特性 压力端口/接头?: 1/4 MNPT 电气连接?: 导管 2 m 引线 电气特征 压力传感器电源电压?(V): 10 – 28 主体特性 端口材料?: 316L 使用环境 工作温度范围?(°C): -40 – 85 工作温度范围?(°F): -40 – 185, -40 – 185 操作/应用 耐压范围?: 2X,最小值 ...
          发表于 08-21 01:00 ? 22次 阅读
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