Твердотельный лидар: надежное масштабируемое решение для автомобильного 센сирования

Бельгийская компания XenomatiX предлагает то, что называет «истинными твердотельными лидарами», сочетающими многолучевую лазерную архитектуру с безрисковой масштабируемой полупроводниковой технологией.

Продвинутые автомобильные приложения — ADAS и автономное вождение — требуют высокопроизводительного определения дальности и объектов. Лидар (также известный как time-of-flight или лазерный радар) удовлетворяет эту потребность, испуская точные оптические импульсы и измеряя отраженный сигнал. Ключевые параметры: мощность импульса, время туда-обратно, фазовый сдвиг и ширина импульса.

Лидарные системы делятся на две основные категории: механические и оптические. Механические блоки используют вращающиеся головки для широкого поля зрения (до 360°) и отличного соотношения сигнал/шум, но они громоздки и тяжелы. Твердотельные лидары устраняют движущиеся части, обеспечивая большую надежность и меньшие размеры, но традиционно ценой уже поля зрения. XenomatiX преодолевает это ограничение многолучевой стратегией.

В этой статье мы изучаем технологию «истинного твердотельного» лидара XenomatiX, подходящую для ADAS, автономного вождения и других дорожных применений. Универсальность лидара распространяется на 3D-картирование, системы безопасности на заводах, умные боеприпасы и газовый анализ.

Подход XenomatiX

Большинство современных решений лидара — механические, основанные на вращающихся головках, которые тяжелые, дорогие и склонны к механическим отказам. Хотя осциллирующие зеркала уменьшают размер, они все равно содержат движущиеся компоненты. Философия XenomatiX проста: в автомобильном центрировании единственной движущейся частью должен быть сам автомобиль.

В интервью EE Times Europe CEO Филип Геунс объяснил: «Автопром требует стоимости, размера и надежности. Выбор технологии лидара — это баланс этих трех факторов. Временные лазерные диоды и движущиеся части — не будущее».

Основанная в 2013 году иquartered в Лёвен, Бельгия, XenomatiX ввела термин «истинный» для различия твердотельных лидаров, использующих полупроводниковые лазерные источники и детекторы без сканирования или движущихся частей. В отличие от обычных оптических лидаров, последовательно излучающих один луч, измеряющих, затем перемещающихся к следующему направлению, система XenomatiX запускает тысячи лучей одновременно.

«Устраняя механизм сканирования и внедряя многолучевую архитектуру, мы достигаем того, что называем истинной инновацией», — сказал Геунс. «Вся сцена захватывается за одну вспышку, обеспечивая дальность более 200 м при нормальном потреблении энергии».

Поскольку система работает в режиме глобального затвора — захватывая всю сцену в одном кадре — она невосприимчива к размытию движения и не требует ультрабыстрых драйверов лазера, испускающих наносекундные импульсы.

Без необходимости быстрого сканирования лидар XenomatiX получает большее окно обработки, позволяя высокоточные облака точек без коррекции времени-пространства или постобработки, что дает более высокие кадровые частоты и улучшенную точность.

XenoLidar-X (см. Рисунок 1) — автономное решение без движущихся частей для автономного вождения и промышленного использования. Оно проецирует 15 000 лазерных лучей одновременно, достигая разрешения 0,15° по горизонтали и вертикали — соответствуя самым строгим рыночным требованиям.

Рисунок 1: XenoLidar-X (твердотельный)

Твердотельные лидары XenomatiX используют вертикально-полостные поверхностно-излучающие лазеры (VCSEL), которые отличаются низким потреблением и превосходной долговечностью по сравнению с традиционными диодными лазерами.

«Поскольку мы можем тратить больше времени на измерение, мы всё равно можем выделить достаточно энергии для дальней детекции», — сказал Геунс.

Лидары классифицируются как 6D-сенсоры, предоставляющие идеально наложенное облако точек и 2D-визуальное изображение. Эта встроенная камера устраняет ошибки параллакса и поставляет дополнительные данные для надежного сенсорного фьюжна в приложениях безопасности. Шестое измерение — отражательность, полученная от интенсивности возвращенного лазерного сигнала.

Геунс подсветил кастомный CMOS-детектор: «Мы спроектировали пиксель, работающий как 3D-камера, дающий координаты для каждой точки. Он также может работать в 2D-режиме, выдавая визуальное изображение. Облако точек и изображение отправляются в ЭБУ автомобиля, где проприетарные ИИ-алгоритмы детектируют свободное пространство и объекты».

Четырехмерный ИИ системы обрабатывает паттерны в 3D-пространстве в сочетании с интенсивностью, обеспечивая мощные возможности распознавания. Когда лазер выключен, те же пиксели действуют как обычная камера; когда включен — захватывают 3D-данные.

Твердотельные лидары обеспечивают исключительную надежность — критичную для автоприменения. Среднее время наработки на отказ (MTBF) высоко благодаря отсутствию движущихся частей, долговечным VCSEL и зрелой CMOS-технологии.

Хотя вращающиеся лидары естественным образом дают до 360° покрытия, лидары XenomatiX достигают широких полей зрения комбинацией нескольких модулей. Размещение блоков в углах автомобиля устраняет слепые зоны.

Гибкий модульный дизайн позволяет XenomatiX предлагать компактный, легкий, устойчивый к будущему сенсор, легко интегрируемый в лобовые стекла, задние окна, решетки, фары, задние огни и бамперы. Компания сотрудничает с Tier-1 поставщиками — AGC, Marelli, Kautex и др. — для разработки настраиваемых модульных решений, бесшовно интегрируемых в автомобильную архитектуру.

→ Эта статья была впервые опубликована на нашем партнерском сайте EE Times Europe.

Связанные материалы:

• Понимание выбора длины волны в лидарных системах
• Эксперты ADAS размышляют об интеграции сенсоров в будущих автомобилях
• Что движет изменениями в автомобильной электронике
• Технология time-of-flight обещает повышенную точность
• Умные города: кейс лидара в интеллектуальных транспортных системах

Подпишитесь на еженедельную рассылку Embedded для получения свежих новостей.