許多自動駕駛汽車(AV)開發(fā)人員一直在熱切追求激光雷達技術，這種技術之所以重要，是因為它能夠構建汽車周圍環(huán)境的3D模型，這是自動駕駛汽車競賽中的一個基本特征。

領先的AV公司——Waymo、GM Cruise和Argo AI——要么已經(jīng)收購了激光雷達技術公司，要么已經(jīng)在內(nèi)部開發(fā)了激光雷達。在最近一次采訪中，Mobileye的首席執(zhí)行官Amnon Shashua承認，就連英特爾公司Mobileye也在研發(fā)自己的激光雷達技術。

但在所有自動駕駛汽車開發(fā)商中，Waymo是目前唯一一家將其激光雷達投入商用的公司。然而，Waymo并沒有授權給所有人。它的合作伙伴僅限于那些從事非汽車自動駕駛領域的人。

自Waymo宣布將其激光雷達“Laser Bear Honeycomb”授權給非汽車公司以來，已經(jīng)過去了16個多月。結果怎么樣?記者最近采訪了Waymo的激光雷達團隊領導Simon Verghese,一起來聽聽近況如何。

Verghese證實，Waymo現(xiàn)在已經(jīng)贏得了多個設計獎項。但他對Waymo的激光雷達技術、定價或合作伙伴等細節(jié)只字未提。如果Waymo對與外部客戶做生意是認真的，為什么要保密?“你需要保密協(xié)議，” Verghese表示。

盡管如此，Verghese還是證實了以下幾點:Waymo為何決定許可其激光雷達技術;公司如何認為自己的技術優(yōu)于其他技術;以及公司正在探索的激光雷達技術的新領域。

它是機械的

Waymo的Honeycomb激光雷達是基于機械技術，配有一個旋轉(zhuǎn)鏡和一個轉(zhuǎn)盤。

AV行業(yè)最近掀起了一股激光雷達技術的淘金熱。據(jù)報道，已有70多家初創(chuàng)企業(yè)殺入該領域，積極探索MEMS、固態(tài)激光雷達和閃光激光雷達在內(nèi)的新技術。

在這個新興的自由市場，很明顯Waymo推出它的Honeycomb lidars并不是因為它是一項新技術，而是因為它經(jīng)過試驗和測試的機械旋轉(zhuǎn)激光陀螺顯示出了良好的穩(wěn)定性。

經(jīng)驗很重要

本著這一精神，Waymo在100萬英里的運營中測試了自己的AV。Verghese解釋，了解整個自動駕駛汽車是如何工作的很有幫助。Waymo不僅可以生產(chǎn)激光雷達。“我們是一家垂直整合的AV公司，”牢牢掌握著與傳感器緊密合作的AV軟件。

更廣泛的視野

據(jù)Waymo公司介紹，激光雷達放置在車輛四周的四個點上，可提供“無與倫比的視場，與市面上大多數(shù)產(chǎn)品垂直視場角只有 30°不同的是，這款傳感器的水平視場角為 360°，而垂直視場角為 95°，這相當于是把三個 3D 傳感器疊加在一起。”

這意味著更少的傳感器可以讓AV看到更多的區(qū)域。Waymo還聲稱，不管距離有多近，它的激光雷達幾乎不會受到干擾;它們能夠探測并避開非常近距離的物體。

Verghese：“我們知道我們的傳感器如何在盲點上協(xié)同工作，”Waymo的蜂窩式激光雷達提供“更高的點密度和更好的范圍”。

根據(jù)官方的描述，總結一下Honeycomb特點：

Wide field of view(寬視場)：一些3D激光雷達的垂直的視野(FOV)30°，蜂窩有垂直視場95°+ 360°水平視場，這意味著一個蜂巢可以完成三個疊加在一起的3D傳感器的工作。

Multiple returns per pulse(每脈沖多次返回)：當蜂窩狀物體發(fā)出光脈沖時，它看到的不僅僅是激光束接觸到的第一個物體。相反，它可以在激光束的視線內(nèi)看到四個不同的物體（例如，它可以同時看到樹枝前面的葉子和樹枝本身），這提供了環(huán)境的豐富和更詳細的視圖，并顯示了可能遺漏的對象。

Minimum range of zero(最小零點范圍)：蜂窩具有最小零點范圍，這意味著它可以立即看到傳感器前面的物體，這支持非常關鍵的功能，如近目標檢測和避免。

可以看出，這款短程激光雷達所擁有的「最小零點范圍」，可以為近距離目標檢測和避障提供很大的幫助。

作為自動駕駛的領頭羊，除了運營無人駕駛出租業(yè)務外，谷歌似乎找到了第二個清晰的賺錢渠道，把技術打包售賣。擁有頂級流量的waymo，想必只需分享一些技術皮毛，定會輕松擠入汽車供應鏈體系中。但該產(chǎn)品定價以及與其他車輛的匹配問題，仍需后期使用者進一步考證。

激光雷達在無人駕駛汽車上的作用不言而喻，無人車上路要隨時「環(huán)顧四周」，需要配備多種傳感系統(tǒng)來獲取視覺能力。攝像頭、超聲波探測器、毫米波雷達以及激光雷達等傳感器之間的各種排列組合，都能在一定程度上賦予汽車這一能力。waymo的加入勢必會給激光雷達廠家?guī)�來一定的壓力�?/p>

傳感器也要清洗?

通過百萬英里的AV測試，Waymo發(fā)現(xiàn)了一個激光雷達新手可能沒有機會了解的問題:隨著時間的推移，傳感器看到和檢測物體的能力在退化。

Waymo的解決方案是:首先，知道什么時候清洗傳感器。第二，設計用戶友好，易于清潔的傳感器。感應能力的下降，在各種不同道路條件下它能看到和探測到的物體有多遠，直接影響到AV的安全性。

繞軸旋轉(zhuǎn)

大多數(shù)行業(yè)分析師認為，過去幾年涌現(xiàn)的70多個激光雷達初創(chuàng)企業(yè)中，有許多不太可能在Covid-19經(jīng)濟中生存下來。公共衛(wèi)生危機加劇了這樣一個現(xiàn)實，即商業(yè)AV的到來不再像曾經(jīng)預測的那樣迫在眉睫。

在困難的環(huán)境下，尚未被收購的激光雷達開發(fā)商必須調(diào)整他們的戰(zhàn)略。一些公司已經(jīng)在努力使他們的技術更適合設計成ADAS汽車(而不是機器人出租車)，或者被工業(yè)機器人市場所接受。總部位于西雅圖的初創(chuàng)公司Lumotive就是一個很好的例子，它正在三管齊下，將智能手機激光雷達芯片添加到產(chǎn)品路線圖中。

Waymo財力雄厚，它不是在為生存而戰(zhàn)。但它正在為其激光雷達技術探索一系列新的非av市場。Verghese表示，蜂窩式激光雷達不僅在農(nóng)業(yè)、土方工程、建筑設備和采礦等市場上獨樹一幟。這種應用依賴于“強度和耐用性”。

例如，工業(yè)領域需要一種足夠可靠的激光雷達來探測路徑上的碎片，而不需要對特定的物體進行分類。激光雷達會告訴你，“我不知道那是什么，但最好不要從上面跑過去。”

他指出，同樣的原理也適用于夜里從臥室走到廚房。你在黑暗中通過接觸墻壁和測量距離來找到你的路。Verghese解釋:“當你感覺到地板上有什么東西的污跡時，你會避免踩到它。”

規(guī)模經(jīng)濟

Waymo正在向非汽車公司推銷其激光雷達技術，主要是希望擴大規(guī)模。如果更多的公司采用它，Waymo可以提高激光雷達的產(chǎn)量。理論上，規(guī)模經(jīng)濟會降低每個傳感器的成本。

當談到激光雷達的“批量生產(chǎn)”時，與合作伙伴合作和管理供應鏈是Waymo要做的大事。只要它是唯一的客戶，用激光雷達測試自己的AV測試車輛，Waymo就不必擔心這些意外事件。

不過，有一件事是肯定的。Waymo“對理解它的激光雷達的所有不同的用例很感興趣。換句話說，盡管Waymo專注于在汽車市場上使用激光雷達，但他們非常希望了解如何使激光雷達及其相關軟件更適用于工業(yè)機器人、倉庫機器人和安全等特定的非汽車應用。為此，Waymo將與合作伙伴密切合作。

相干激光雷達的出現(xiàn)

許多激光雷達公司對使用MEMS微掃描器或SPAD(單光子雪崩二極管)陣列進行新的激光雷達設計，Waymo除了機械激光雷達外還有什么計劃?

Verghese表示，許多技術選擇都在談判桌上。“我們非常清楚并密切關注”各種新技術的發(fā)展。Waymo繼續(xù)與谷歌的內(nèi)部技術開發(fā)活動緊密聯(lián)系。例如，蜂窩激光雷達的基礎技術開發(fā)已經(jīng)在谷歌內(nèi)部開始。Waymo最終與谷歌合作，使其激光雷達和軟件協(xié)同工作。

Verghese也承認“相干激光雷達”是一種未來的技術選擇。

今天的激光雷達，包括Waymo的Honeycomb，都是脈沖系統(tǒng)。而相干激光雷達的方法是調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)雷達。

這種相干測距，即調(diào)頻連續(xù)波FMCW雷達。很簡單就是光源、耦合器、上位機，然后采集。”該方案發(fā)的信號是連續(xù)波，頻率是線性的周期，調(diào)頻的一個頻率，也就意味著發(fā)射的頻率和接收的頻率有一個差異，這個差異可以通過光學的混頻探測探測到它兩個波的差，通過頻率做一個轉(zhuǎn)換就可以換算出距離，原理其實也不復雜，它增加的模塊主要是光學處理部分。這其中的關鍵技術包括；激光調(diào)頻技術，收發(fā)光學技術，相干接收技術，然后信號解析算法。

連續(xù)波操作的優(yōu)點包括能夠直接檢測速度和高分辨率范圍。然而，最大的挑戰(zhàn)是，這樣的系統(tǒng)需要多種光學元件的緊密集成，包括激光器、放大器、相位和振幅控制、低噪聲光電二極管、模式轉(zhuǎn)換器和光波導。這些必須進一步集成在一個緊湊的形式因素下，才可大量生產(chǎn)。

這就是硅光子學的作用。理論上，硅平臺可以在可伸縮的高容量制造過程中實現(xiàn)硅芯片上的光學集成，從而實現(xiàn)芯片級的固態(tài)激光雷達。

Verghese承認谷歌已經(jīng)對硅光子學達到了專業(yè)水平，因為谷歌認為它是使光通信的大型線卡變得更小的關鍵。

相干系統(tǒng)被認為能提供更好的性能——包括單脈沖速度測量和對其他光源干擾的免疫力。盡管這些進展仍在研究。

分析師如何看待Waymo

我們對Waymo的采訪提供了一些關于Waymo激光雷達發(fā)展方向的看法。但撇開Waymo的雄心不談，我們還遠不清楚Waymo在商業(yè)上與Honeycomb會有多大的競爭力。

記者向Yole Developpement的技術和市場分析師Alexis Debray詢問了近幾個月激光雷達市場的情況，以及Waymo的發(fā)展預測。

Debray觀察到，對于汽車激光雷達，供應鏈上的許多公司“正準備在2021年到2023年之間推出產(chǎn)品。”奧迪目前正與法雷奧(Valeo)、Innoviz與麥格納(Magna)和寶馬、Luminar與沃爾沃、Velodyne與現(xiàn)代Mobis等公司合作。

Debray強調(diào)，Waymo并不孤單。“許多公司也為工業(yè)應用和自動駕駛汽車(自動出租車和自動穿梭車)開發(fā)了激光雷達。”

他指出:“這使得激光雷達的價格降到幾千美元，而三年前的價格是幾萬美元。”這種激光雷達“性能更好，體積更小，可靠性更高”。“因此，激光雷達在越來越多的應用中被使用和測試——包括工廠車輛、安全、智能交通系統(tǒng)、防御和其他。”

鑒于Honeycomb的性能和價格的公開信息很少，Debray指出，“我認為Waymo有兩個優(yōu)勢。首先，他們掌握了從激光雷達到終端系統(tǒng)和操作的每一步，包括軟件、電子設備……其次，他們已經(jīng)進行了長達數(shù)百萬英里的操作測試。”

但這并不意味著Waymo就能一帆風順。Waymo“在不同的工業(yè)應用需要許多不同的規(guī)格時，只提供一種模式。”

在Debray看來，“其他激光雷達公司提供了許多模型，甚至可定制。例如，Ouster提供大約50種不同型號，都基于相同技術，但有不同的范圍、視野和分辨率。此外，為了擴大工業(yè)市場，Waymo必須與數(shù)百個不同的客戶進行接觸和互動。他們似乎已經(jīng)在忙著Waymo One了。”

延伸閱讀——相干激光雷達逐漸浮出水面

隨著自動駕駛的熱潮，“激光雷達”備受矚目�，F(xiàn)在雷達產(chǎn)品也五花八門，國內(nèi)國外的產(chǎn)品都做得越來越小，外觀也越來越漂亮。但是目前這些雷達90%以上都是采用同一種技術方案，即激光飛行時間(TOF)技術。

有報道指出，去年7月份成立的一家初創(chuàng)公司-愛萊達科技有限公司，劍走偏鋒，專攻基于相干技術的激光雷達。成立短短4個月后，去年11月獲得了百度和華登1800萬融資，估值過億。

在最近“青城山中國IC生態(tài)高峰論壇”上，愛萊達科技有限公司總經(jīng)理潘衛(wèi)清和大家分享了他們獨特的相干波激光雷達方案。

一切源于TOF技術的缺陷

TOF技術優(yōu)點非常的明顯，首先是原理簡單，通過光脈沖在目標與雷達間的飛行時間乘以光速就可以獲得距離，技術路線也很簡單是直接測量飛行時間，成熟度比較高，從脈沖激光發(fā)送、接收到處理均有成熟的模塊組件和專用處理芯片。開發(fā)周期也很短，現(xiàn)在公司要做一個TOF雷達也很快。

但TOF雷達其實也存在一些問題，特別是針對未來無人駕駛，潘衛(wèi)清談到了4個主要問題：

第一，抗干擾�，F(xiàn)在無人駕駛做測試的激光雷達基本上都是單輛車或者少數(shù)幾輛車在跑，如果以后商用普及，那么路上大量的車都用同樣的雷達掃描，雷達就沒法識別是附近的車打來的脈沖還是自己發(fā)出的信號回波。以后自動駕駛車輛都采用這種設備，在路邊很容易用相同雷達同波段的強光源去執(zhí)行惡意破壞，從而導致雷達失靈。還有就是陽光強烈時，雷達會和人眼一樣看不到目標了，從而帶來安全隱患。

第二，探測距離——會影響車速。人類如果晚上開近光燈開車，車速就上不去，開了遠光燈才能保證一定的速度；同理，激光雷達相當于車的眼睛，探測距離近的時候車速上不去。現(xiàn)在激光雷達做到150米到200米就很困難，一般的車用200米都采用了比較高的放射率。

第三，掃描問題。大家都想把激光雷達做成固態(tài)的，期待光學相控陣技術(OPA)方案。但OPA不僅對雷達有要求、對主機也有要求，大規(guī)模做成以后掃描的出光孔徑很小，也就意味著在雷達里會帶入損耗，會進一步縮短TOF的探測距離。

第四，全天候工作不太可能。例如雨、霧、雷等惡劣天氣影響。

圖：總結一下TOF雷達和相干雷達的對比。

首先在抗干擾能力上相干方案較強，不需任何處理，光學上就已經(jīng)解決了。有效探索靈敏度非常高，直接有效探測只需要10個光子就能夠精確測試。

也有人認為FMCW激光雷達也有一些局限性，比如與ToF相比需要更多的算力，因此生成全三維環(huán)繞圖時速度慢。“根本不存在這個問題，這個只是行外人的一種簡單推測，”記者為此特地請教潘衛(wèi)清先生時他指出，“我們有具體的實測數(shù)據(jù)。”

下圖是愛萊達今年開發(fā)出的相干激光雷達，目前體積較大的原因主要還是散熱，設計距離3公里。發(fā)射功率在50到200毫瓦時探測距離就可超過1公里，且能完全直視太陽光工作，不受任何光的干擾。

“未來，我們的雷達還可以跟毫米波做芯片級的融合，雷達工作機制和毫米波的工作機制非常的相似，很多模塊可以共用，包括信號的調(diào)制模塊和處理的模塊可以共用。”

翻譯自——EEtimes