FMCW被認(rèn)為是LiDAR規(guī)則的改變者——但是這項(xiàng)技術(shù)真的有潛力改變這個(gè)行業(yè)嗎？FMCW是否已經(jīng)可以廣泛應(yīng)用于傳感器？為什么大多數(shù)激光雷達(dá)制造商更愿意繼續(xù)依賴飛行時(shí)間原理？     

無論是掃描、旋轉(zhuǎn)還是閃光技術(shù)，所有的激光雷達(dá)傳感器都有一個(gè)共同點(diǎn)：它們通過光束來探測周圍環(huán)境。但是測量距離的原理有所不同。其中兩個(gè)最著名的原理是飛行時(shí)間原理（ToF）和調(diào)頻連續(xù)波原理（FMCW）。

一、飛行時(shí)間原理：激光脈沖測距

飛行時(shí)間原理通過發(fā)射激光脈沖來測量傳感器到物體的距離。激光脈沖是指在短時(shí)間間隔內(nèi)一個(gè)接一個(gè)地發(fā)射多個(gè)準(zhǔn)直光脈沖。它們被物體反射，并被探測器再次收集。計(jì)算發(fā)射激光脈沖和接收激光脈沖所需的時(shí)間，得到傳感器到物體的距離。

這一原理是最常用的測距方法。這種方法測量出來的數(shù)據(jù)可靠性很高?？梢杂昧畠r(jià)的激光源來實(shí)現(xiàn)。然而，ToF也有一些局限性。例如，為了探測到更遠(yuǎn)的距離，激光準(zhǔn)直超過最大值，由于人眼安全規(guī)定，高準(zhǔn)直脈沖的發(fā)射功率受到嚴(yán)格限制。解決這一問題的方法有很多：例如，使用尺寸特別大的MEMS發(fā)射鏡（如虹科固態(tài)激光雷達(dá)中使用的MEMS反射鏡）定制化設(shè)計(jì)LiDAR傳感器。這樣也能使得采用飛行時(shí)間原理的傳感器能夠測量遠(yuǎn)距離物體，因此，這仍然是許多激光雷達(dá)傳感器制造商的首選測量方法。

飛行時(shí)間原理

二、替代脈沖激光測距法：頻率調(diào)制

為了規(guī)避高峰值激光脈沖所帶來的挑戰(zhàn)，也可能發(fā)射連續(xù)激光束。通過頻率調(diào)制來測量到物體的距離。但是頻率調(diào)制是什么意思呢？也就是指，發(fā)射的激光束被反復(fù)調(diào)制和“啁啾”，信號(hào)的頻率一次又一次改變。激光束擊中一個(gè)物體，反射后光的頻率會(huì)發(fā)生改變，反射光返回到檢測器與發(fā)射時(shí)的頻率相比，根據(jù)兩頻率之間的差值，從而計(jì)算出物體的位置信息，且該值與距離成比例。如果這個(gè)物體在移動(dòng)，結(jié)合多普勒效應(yīng)，可以計(jì)算出物體的運(yùn)動(dòng)速度。

FMCW原理

三、測量速度

飛行時(shí)間原理可以測量物體迎面而來的的速度，但不像FMCW那樣直接測量。ToF原理只能利用記錄的數(shù)據(jù)點(diǎn)來測量傳感器與物體之間的距離，因此物體的速度必須通過多次測量的結(jié)果來計(jì)算。發(fā)射多個(gè)脈沖，根據(jù)物體和傳感器之間的距離變化以及脈沖頻率變化可以計(jì)算出速度。

四、相干探測器與同軸傳感器設(shè)計(jì)

如果光是相干發(fā)射的，如在頻率調(diào)制中，它當(dāng)然也必須被連續(xù)檢測到。FMCW使用相干探測器，因?yàn)橹挥刑囟òl(fā)射的相干光需要過濾和記錄，所以這種探測器非常靈敏。靈敏度的提高也意味著數(shù)據(jù)不受其他光的影響。因此，F(xiàn)MCW具有良好的信噪比。并且即使是弱反射的物體也可以在更遠(yuǎn)的距離被探測到。然而，飛行時(shí)間測量在這方面也不遜色。同軸設(shè)計(jì)使得只有以與發(fā)出光完全相同的角度返回探測器的激光脈沖才會(huì)被捕獲。通過這種設(shè)計(jì)，陽光和其他激光雷達(dá)傳感器的信號(hào)就被過濾掉了。

五、飛行時(shí)間原理仍然是一個(gè)比較可靠的測量技術(shù)

那么，調(diào)頻測量原理更好嗎？這種說法太籠統(tǒng)了。這兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。然而，飛行時(shí)間與FMCW相比，一個(gè)顯著優(yōu)勢是其發(fā)展成熟。飛行時(shí)間原理已成功應(yīng)用于激光雷達(dá)傳感器多年。而FMCW仍處于起步階段。這項(xiàng)技術(shù)很復(fù)雜，目前仍然非常昂貴，因?yàn)槠鋵?duì)于激光源要求較高。對(duì)于汽車行業(yè)來說，激光雷達(dá)傳感器的價(jià)格整體來說較為昂貴，產(chǎn)業(yè)化是當(dāng)前面臨的重要問題。因此，F(xiàn)MCW模塊必須要比ToF激光探測器模塊當(dāng)前的價(jià)格便宜得多，F(xiàn)MCW原理才會(huì)得到更廣泛的應(yīng)用。隨著技術(shù)的發(fā)展，在單個(gè)芯片上集成FMCW是可能的，從長遠(yuǎn)來看，非常具有吸引力。畢竟，除了價(jià)格之外，減小激光雷達(dá)體積尺寸是所有激光雷達(dá)制造商都在努力的方向。

返回第一電動(dòng)網(wǎng)首頁 >