隨著汽車智能化的發(fā)展，越來越多的車輛搭載了自動駕駛技術。2020年2月，國家發(fā)展改革委員會等11部委聯(lián)合印發(fā)了《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》，提出了2025年實現(xiàn)有條件智能駕駛汽車的規(guī)?；a（L3級別），2035年全面將建成中國標準的智能汽車體系的愿景。據(jù)前瞻技術研究院的數(shù)據(jù)顯示，2019 年國內自動駕駛市場規(guī)模為 1125 億元，預計至 2023 年可達 2381 億元，年復合增長率達到 20%。

事實上，自動駕駛、或者說ADAS(高級駕駛輔助系統(tǒng))的本質是汽車與環(huán)境的對話，這意味著要將來自不同類型傳感器的輸入組合在一起，從而為各種自動駕駛解決方案提供大量數(shù)據(jù)。目前有大量景深測量技術可以實現(xiàn)這些應用：超聲波器件最為經濟高效，但其范圍、分辨率和可靠性都很有限；雷達的檢測范圍和可靠性得到大幅提升，但它的角分辨率存在限制；立體視覺的計算成本非常高，而且如果不能妥善校準，則精度非常有限；激光雷達（LiDAR）系統(tǒng)一般體積大，成本高，卻能憑借出色的角分辨率和較低的算法處理在長探測距離下實現(xiàn)精準測距，涉及到高精地圖、實時定位以及障礙物檢測等多項技術應用方面都離不開LiDAR。目前，包括ADI在內的許多公司都致力于開發(fā)更加精準、功耗低、尺寸小，且更加經濟高效的LiDAR傳感器。

全自動駕駛需要采用傳感器融合策略

安全、高性價比LiDAR系統(tǒng)的設計挑戰(zhàn)

設計LiDAR系統(tǒng)時會面臨一些技術挑戰(zhàn)，主要挑戰(zhàn)之一就是近紅外波長要保持在人眼安全限值之下。目前存在多種不同的LIDAR系統(tǒng)技術，設計復雜程度各不相同，各有其優(yōu)點和缺點，但所有設計需要關注的基礎方面都相同。

LiDAR系統(tǒng)設計要確定系統(tǒng)對小目標的探測能力，在多少遠處能探測到多低反射率的多小尺寸的目標。同時這也就定義了系統(tǒng)需要的角分辨率。由此可以計算得出可達到的最小信噪比(SNR)，該最小信噪比就決定了系統(tǒng)探測的檢測概率與誤檢概率。

了解感知環(huán)境和必要的信息量，作出適當?shù)脑O計權衡，從而開發(fā)出成本和性能最佳的解決方案。一般來說，高速應用需要采用檢測距離更長的LiDAR系統(tǒng)。

分辨率是LiDAR系統(tǒng)設計中的另一個重要系統(tǒng)特性。精細的角度分辨率使LiDAR系統(tǒng)能夠從某一個被測目標接收到多個像素的回波信號。

1°水平分辨率的32線掃描LIDAR系統(tǒng)

為能安全的自動行駛，不僅方位角需要高分辨率，有時候還需要俯仰角高分辨率。

一旦確定下來自動駕駛設備的速度與行駛場景，需要探測目標的性質以及要達到的性能，就可以構建符合其應用的LiDAR系統(tǒng)構架。ADI豐富的高性能信號鏈和電源管理組件產品系列會提供所需的構建塊，幫助設計存在不同限制（例如尺寸和成本）的系統(tǒng)。

使用分立元件的LiDAR系統(tǒng)

高度可配置評估系統(tǒng)輔助實施LiDAR設計

ADI曾于2019年6月宣布與First Sensor合作開發(fā)LiDAR產品，以加快實現(xiàn)自動駕駛未來。First Sensor擁有超過25年的LiDAR 光電二極管（APD）制造經驗，APD是將光轉換為光電流的高度敏感的探測器陣列，優(yōu)化其與ADI自身的跨阻放大器(TIA)之間的互聯(lián)對本底噪聲和所能實現(xiàn)的帶寬有非常關鍵的影響。對這兩個參數(shù)的改善將直接轉換為LIDAR系統(tǒng)的更高性能，使該系統(tǒng)可在更遠的距離以更高的精度檢測到對象。

在年初舉辦的CES2020上，ADI公司就展示了基于上述合作開發(fā)的16通道、完整純閃光式LiDAR評估系統(tǒng)。該評估系統(tǒng)以ADI的ADAL6110-16為核心，這是一款低功率、16通道的集成式LiDAR信號處理器(LSP)。該器件為相關的照明區(qū)域提供時序控制和對接收的波形采樣的時序，且能對獲取的波形實施數(shù)字化。ADAL6110-16集成了高靈敏度的模擬元件，可以幫助降低本底噪聲，使系統(tǒng)能夠捕獲能量很低的回波信號。相對于采用類似信號鏈的分立式元件方案，使用集成信號鏈可以減小LIDAR系統(tǒng)設計的尺寸大小、重量和功耗。

使用集成式16通道ADAL6110-16的EVAL-ADAL6110-16 LiDAR評估模塊

這款LiDAR信號處理器從所有16通道捕捉數(shù)據(jù)并數(shù)字化創(chuàng)建出要在黑膠處理器上處理的波形。該系統(tǒng)完全獨立，通過USB線纜供電，需要的功率不超過2.5W。

滿足個性化設計需求的緊湊型固態(tài)LiDAR系統(tǒng)

LiDAR正在發(fā)展為經濟高效的緊湊型固態(tài)設計，可以放置在車輛周邊的多個位置，以支持完整的360?覆蓋范圍，是當今機器人出租車(robo-taxi)測試車輛采用的主要感知傳感器之一。此外，LiDAR系統(tǒng)已經出現(xiàn)在高端豪華零售汽車中，如奧迪A8，該車型的半自動駕駛功能在60 km/h時速以下可激活短程傳感系統(tǒng)。

作為ADI公司自動駕駛車輛感知檢測戰(zhàn)略的關鍵支柱，LiDAR利用光脈沖，可以切實可信地將物理世界實時轉換為3D數(shù)字圖像。目前，集成在測試車輛上的傳統(tǒng)LiDAR系統(tǒng)價格高昂。此外，它們可能不太美觀并且包含可能導致系統(tǒng)停機的機械組件。ADI公司在真正非機械式且經濟高效的LiDAR技術上進行了大量投資，以促進汽車LiDAR系統(tǒng)的采納成為主流，并使汽車供應商和OEM能夠在客車中部署基于LiDAR的ADAS和自動駕駛應用。ADI公司擁有豐富的高性能信號鏈和電源管理元件，可用于構建幾乎任何LiDAR系統(tǒng)。這些產品適用于脈沖或FMCW/連續(xù)波系統(tǒng)，以及構建在900 nm至1500 nm波長范圍內的系統(tǒng)。

ADI公司的AD-FMCLIDAR1-EBZLiDAR開發(fā)解決方案系統(tǒng)架構

AD-FMCLIDAR1-EBZ 是ADI經過實踐檢驗的1D非掃描 LiDAR開發(fā)模塊硬件平臺，它可以靈活地滿足個性化設計需求，縮短產品上市時間，并降低 LiDAR 開發(fā)的復雜性。它包括可在客戶設計中集成的開源軟件框架以及 Matlab 和 Python 的包裝器。通過 FMC 連接器與 FGPA 配對后，可用于 LiDAR 軟件和算法開發(fā)。在開發(fā)軟件和算法的同時，可以利用硬件設計實現(xiàn)產品化。

ADI LiDAR 客戶原型設計平臺

總結

過去25年來，ADI公司一直致力于汽車安全和ADAS發(fā)展?，F(xiàn)在，ADI正在為自動駕駛的未來奠定基礎。ADI公司目前圍繞高性能雷達和激光雷達等領域的卓越積累，提供高性能傳感器和信號/功率鏈解決方案。這些解決方案不僅將大幅提高ADAS系統(tǒng)的性能，而且還將降低整個平臺的實施成本，從而加快我們邁向自動駕駛的步伐。

來源：傳感器技術”

責任編輯：PSY

原文標題：多樣化LiDAR系統(tǒng)設計實現(xiàn)自動駕駛傳感器融合策略完美閉環(huán)

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