十年前從“零”開(kāi)始的1550nm激光雷達(dá)，將在百年內(nèi)拯救一億人生命

自動(dòng)駕駛中有三個(gè)要素：感知、決策和控制。其中感知層尤為關(guān)鍵，是所有決策的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確的感知是未來(lái)自動(dòng)駕駛安全性的首要保障。目前感知層面應(yīng)用的傳感器主要是攝像頭、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)，其中激光雷達(dá)能夠通過(guò)優(yōu)質(zhì)的探測(cè)能力構(gòu)建三維立體的環(huán)境，解決目前很多自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中無(wú)法解決的一些邊緣場(chǎng)景問(wèn)題，因此備受關(guān)注。

要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的環(huán)境感知檢測(cè)，傳統(tǒng)的905nm波長(zhǎng)的激光雷達(dá)解決方案有著諸多局限，因此十年前，Luminar開(kāi)始了全新的激光雷達(dá)產(chǎn)品的研發(fā)。

十年前從“零”開(kāi)始，研發(fā)1550nm激光雷達(dá)

2012年，年僅17歲的Austin Russell創(chuàng)立了Luminar。他的愿景是希望打造一款全新的激光雷達(dá)，能夠超出當(dāng)前產(chǎn)品數(shù)倍乃至幾十倍的檢測(cè)能力和范圍。要在905nm的激光雷達(dá)上實(shí)現(xiàn)更高的檢測(cè)能力，就需要提高發(fā)射功率，但過(guò)高的功率會(huì)對(duì)人眼造成傷害。要在保證更高性能的同時(shí)滿(mǎn)足使用的人體安全，因此Luminar選擇了波長(zhǎng)更長(zhǎng)的1550nm的激光雷達(dá)技術(shù)路線。

1550nm的技術(shù)在彼時(shí)對(duì)于Luminar而言幾乎是從零開(kāi)始，要從激光發(fā)射器、接收器和掃描方式上進(jìn)行技術(shù)攻堅(jiān)，進(jìn)行專(zhuān)用ASIC的研發(fā)設(shè)計(jì)。首先激光發(fā)射器需要能夠?qū)崿F(xiàn)高功率的激光脈沖和高質(zhì)量的光束發(fā)射；另一方面，接收器要具備高敏感度且有較廣的接收范圍。傳統(tǒng)的硅接收器已不能滿(mǎn)足1550nm波長(zhǎng)的接收，因此需要進(jìn)行全新的銦稼砷接收器的研發(fā)。據(jù)Luminar中國(guó)區(qū)負(fù)責(zé)人陳鈺博士介紹，Luminar激光雷達(dá)能夠600米最大探測(cè)距離，在小于10%的反射率對(duì)目標(biāo)障礙物的檢測(cè)和識(shí)別能夠達(dá)到250米的探測(cè)范圍。（905nm激光雷達(dá)針對(duì)10%的反射度大約可以檢測(cè)到150米左右）

在掃描方式上，Luminar并未采用905nm激光雷達(dá)慣用的微振鏡的方式，而是使用轉(zhuǎn)鏡、擺鏡和電機(jī)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的雙軸掃機(jī)制。微振鏡是通過(guò)一個(gè)高頻振動(dòng)的微振鏡來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這種掃描方式能夠覆蓋的轉(zhuǎn)角非常有限，要實(shí)現(xiàn)較大視場(chǎng)角的覆蓋，需要多個(gè)激光器和掃描器進(jìn)行視場(chǎng)的拼接，這就提高了信號(hào)處理的復(fù)雜度。另外在高頻震動(dòng)時(shí)，硅基微振鏡掃描器中懸臂梁的結(jié)構(gòu)比較脆弱。由于這種拼接方式和結(jié)構(gòu)脆弱，因此在激光雷達(dá)的制造過(guò)程中，安全和調(diào)試工作比較復(fù)雜而且耗時(shí)。

Luminar的掃描方式相對(duì)技術(shù)更為成熟，是一種二維點(diǎn)光束的掃描方式。橫軸采用轉(zhuǎn)鏡的方式，縱軸采用擺鏡的方式，通過(guò)雙軸的同時(shí)掃描能夠覆蓋整個(gè)激光雷達(dá)的視場(chǎng)角。基于這種掃描方式，Luminar在垂直方向上定義了一個(gè)ROI（Region of Interest）區(qū)域，即感興趣的駕駛空間。在感興趣的區(qū)域，可以調(diào)整激光雷達(dá)的掃描精度，增加掃描的線束，實(shí)現(xiàn)高密度、高精度掃描以及遠(yuǎn)距離物體的識(shí)別，實(shí)現(xiàn)每角平方度300個(gè)點(diǎn)高分辨率的優(yōu)質(zhì)掃描性能。而傳統(tǒng)機(jī)械式激光雷達(dá)多使用線光束，只能實(shí)現(xiàn)一維的掃描方式，只通過(guò)旋轉(zhuǎn)掃描方式，在垂直方向無(wú)法實(shí)現(xiàn)掃描精度的優(yōu)化。

在低階輔助駕駛中，用1550nm激光雷達(dá)提高主動(dòng)安全

技術(shù)上的講解比較枯燥，結(jié)合實(shí)際場(chǎng)景更容易理解1550nm激光雷達(dá)相比905nm激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)。據(jù)陳鈺博士介紹，1550nm的激光束的能量比較集中，因此對(duì)于遠(yuǎn)距離的小障礙物的檢測(cè)更具優(yōu)勢(shì)。

一個(gè)激光束的散射率是和波長(zhǎng)的四次方成反比的，當(dāng)激光束達(dá)到遠(yuǎn)距離處一個(gè)小障礙物時(shí)（比如一個(gè)20cm×30cm），由于1550nm的激光束能量非常高且激光束散射比較低，激光能量比較集中，對(duì)遠(yuǎn)處小障礙物的識(shí)別在50米外可以檢測(cè)到16-21個(gè)點(diǎn)，在150米還有1-4個(gè)點(diǎn)的檢測(cè)能力。但905nm激光束散射率較高，當(dāng)激光束達(dá)到遠(yuǎn)距離時(shí)斑點(diǎn)會(huì)比較大，為了識(shí)別遠(yuǎn)距離的物體，必須要達(dá)到一定范圍的覆蓋才能反射回波被激光雷達(dá)所識(shí)別，所以它能夠檢測(cè)的點(diǎn)數(shù)會(huì)和1550nm有本質(zhì)區(qū)別。在更遠(yuǎn)的距離，由于物體比較小，無(wú)法覆蓋整個(gè)激光束能量的一定的百分比以上，對(duì)遠(yuǎn)處物體就無(wú)法進(jìn)行識(shí)別。

除了物體檢測(cè)外，另外一個(gè)重要性能是車(chē)道跟蹤和車(chē)道線檢測(cè)，Luminar的技術(shù)能夠達(dá)到150米遠(yuǎn)距離的探測(cè)和檢測(cè)范圍。如果只采用一維的掃描方式，在垂直方向采用陣列的多個(gè)激光器，由于激光器分布是均勻的，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)前方道路重點(diǎn)掃描區(qū)域的精度優(yōu)化。Luminar的二維掃描方式可以動(dòng)態(tài)提高垂直方向上的掃描精度，通過(guò)Luminar感知軟件，可以將汽車(chē)前方道路的檢測(cè)、感興趣的區(qū)域進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。當(dāng)汽車(chē)上下坡、或通過(guò)一些地面的障礙物時(shí)，可以根據(jù)汽車(chē)姿態(tài)動(dòng)態(tài)識(shí)別汽車(chē)可駕駛的空間，根據(jù)駕駛空間來(lái)優(yōu)化感興趣區(qū)域的掃描精度。這樣就可以在道路駕駛過(guò)程中，永遠(yuǎn)保持對(duì)駕駛員前方感興趣的視野的進(jìn)行高精度掃描，實(shí)現(xiàn)高精度的探測(cè)。

對(duì)于Luminar而言，除了L3、L4級(jí)的高階自動(dòng)駕駛外，同樣更關(guān)注在低階的輔助駕駛中應(yīng)用激光雷達(dá)，來(lái)提高主動(dòng)安全性。

據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)字顯示，目前輔助駕駛系統(tǒng)在大概每十幾公里就會(huì)發(fā)生某些誤判。當(dāng)前的傳統(tǒng)輔助駕駛系統(tǒng)一般在低速駕駛過(guò)程中能夠提前介入，檢測(cè)到附近的物品，并不能夠在更高速的場(chǎng)景中，對(duì)于遠(yuǎn)距離的物體實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確判斷。

由于Luminar 1550nm激光雷達(dá)在檢測(cè)距離和精度比現(xiàn)有產(chǎn)品有大幅度提升，因此在自動(dòng)緊急制動(dòng)、自動(dòng)緊急轉(zhuǎn)向兩個(gè)功能上，所能覆蓋的場(chǎng)景會(huì)有大幅提升，在更高的速度、更遠(yuǎn)距離的障礙物場(chǎng)景中，也能夠幫助駕駛員提前介入，實(shí)現(xiàn)安全性的提升。

除了1550nm的激光雷達(dá)和軟件，同時(shí)Luminar也在加緊研發(fā)一個(gè)名為“哨兵”的全棧式自主解決方案，預(yù)計(jì)到年底會(huì)有一個(gè)Beat版本發(fā)布，旨在幫助激光雷達(dá)在量產(chǎn)車(chē)上實(shí)現(xiàn)主動(dòng)安全性能提高和高速公路自動(dòng)駕駛安全性。

陳鈺博士表示，Luminar的愿景是在100年內(nèi)拯救1億人的生命，期待1550nm的激光雷達(dá)未來(lái)可以成為所有汽車(chē)的標(biāo)配，就像安全帶、安全氣囊一樣，實(shí)現(xiàn)避免事故拯救生命的宏偉理想。另外，在高速公路自動(dòng)駕駛，相對(duì)沒(méi)有那么復(fù)雜的駕駛場(chǎng)景中，希望通過(guò)激光雷達(dá)產(chǎn)品盡早幫助客戶(hù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的功能。

布局1550nm激光雷達(dá)技術(shù)：自研+收購(gòu)垂直整合

為了實(shí)現(xiàn)在1550nm激光雷達(dá)上的絕對(duì)統(tǒng)治力，Luminar一方面在內(nèi)部進(jìn)行了數(shù)年的關(guān)鍵技術(shù)打磨，另一方面也進(jìn)行了一系列的垂直收購(gòu)整合。

例如Luminar將Optogration的InGaAs光電探測(cè)器芯片與BFE(Black Forest Engineering)生產(chǎn)的硅ASIC相結(jié)合，打造出激光雷達(dá)接收器和處理芯片。這是世界上同類(lèi)產(chǎn)品中靈敏度最高、動(dòng)態(tài)范圍最高的InGaAs接收器，能夠每秒獲取和處理千兆位的精確數(shù)據(jù)，以產(chǎn)生最佳的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)。另一家被收購(gòu)的公司Freedom Photonics具備高功率激光器及其相關(guān)光子集成電路技術(shù)，可以?xún)?yōu)化未來(lái)的激光雷達(dá)傳感器性能，并有效降低成本。Open Photonics 是一家致力于光學(xué)和光子技術(shù)商業(yè)化的開(kāi)放式創(chuàng)新公司，這次收購(gòu)幫助 Luminar 獲得了激光雷達(dá)領(lǐng)域優(yōu)秀的技術(shù)人才。

經(jīng)過(guò)了十年的發(fā)展，Luminar已經(jīng)掌握了1550nm激光雷達(dá)的核心技術(shù)，并且也具備了批量生產(chǎn)、成本和質(zhì)量的掌控能力，能夠保證自身供應(yīng)鏈安全。在推出Iris激光雷達(dá)產(chǎn)品后，已經(jīng)逐步獲得了商業(yè)伙伴主要客戶(hù)的量產(chǎn)定點(diǎn)項(xiàng)目。陳鈺博士表示，Luminar通過(guò)這些核心零部件技術(shù)和公司的收購(gòu)，能夠達(dá)到一個(gè)很好的垂直整合，為將來(lái)量產(chǎn)發(fā)展和規(guī)模發(fā)展創(chuàng)造很好的優(yōu)勢(shì)和條件。

另外，除了為未來(lái)三到五年的量產(chǎn)項(xiàng)目提供技術(shù)、產(chǎn)品之外，Luminar還有一個(gè)基礎(chǔ)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，不斷創(chuàng)新激光雷達(dá)未來(lái)技術(shù)和新一代產(chǎn)品的發(fā)展，為自動(dòng)駕駛行業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

未來(lái)：在中國(guó)實(shí)現(xiàn)本土化生產(chǎn)

在汽車(chē)的電動(dòng)化、智能化發(fā)展中，中國(guó)實(shí)際是走在了全球汽車(chē)行業(yè)發(fā)展的前端。Luminar也希望能夠在其中扮演重要的角色，和中國(guó)客戶(hù)共同探索未來(lái)智能汽車(chē)發(fā)展。針對(duì)中國(guó)市場(chǎng)，Luminar制定了三個(gè)策略：差異化、本土化和合作伙伴。

“差異化”是指助1550nm這一全新的激光雷達(dá)產(chǎn)品，為客戶(hù)帶來(lái)差異化的價(jià)值。針對(duì)未來(lái)3～5年的量產(chǎn)車(chē)，Luminar已經(jīng)提供了Iris這樣產(chǎn)品，未來(lái)還會(huì)繼續(xù)拓展產(chǎn)品路線圖。

“本土化”指的是通過(guò)中國(guó)市場(chǎng)建立強(qiáng)有力的團(tuán)隊(duì)，能夠吸納自動(dòng)駕駛、激光雷達(dá)甚至光學(xué)、電子等方面的人才，在中國(guó)市場(chǎng)建立一個(gè)強(qiáng)大的技術(shù)能力，能夠提供本土化的量產(chǎn)項(xiàng)目的支持和服務(wù)。當(dāng)前，汽車(chē)行業(yè)供應(yīng)鏈的安全、供應(yīng)鏈的效率是業(yè)內(nèi)非常關(guān)注的問(wèn)題。針對(duì)本土化的生產(chǎn)、供應(yīng)商和供應(yīng)鏈的本土化，Luminar也在積極規(guī)劃當(dāng)中，希望未來(lái)可以尋找到一些合作伙伴，在中國(guó)實(shí)現(xiàn)本土化的生產(chǎn)。

“合作伙伴”指的是和中國(guó)不同類(lèi)型的廠商、高科技公司建立廣泛而深入的合作伙伴。不論是OEM、整車(chē)廠還是自動(dòng)駕駛解決方案商、高科技公司，在其系統(tǒng)方案中激光雷達(dá)都是非常重要的傳感器，基于此可以和Luminar建立一個(gè)戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，透過(guò)高性能的激光雷達(dá)技術(shù)，提升自動(dòng)駕駛解決方案的性能和穩(wěn)定性。

結(jié)語(yǔ)

十年前，Lumianr幾乎是從零開(kāi)始研發(fā)1550nm激光雷達(dá)技術(shù)；而在今天，經(jīng)過(guò)10年的技術(shù)沉淀，Luminat已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了1550nm激光雷達(dá)的產(chǎn)業(yè)化。未來(lái)，Luminar的愿景是在一百年內(nèi)拯救一億人的生命。

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據(jù)悉，Luminar已經(jīng)和行業(yè)內(nèi)50+的商業(yè)伙伴建立了聯(lián)系，其中包括：

上汽集團(tuán)：和上汽集團(tuán)建立了戰(zhàn)略合作伙伴的關(guān)系，和飛凡汽車(chē)的合作已有兩年之久，搭載了Luminar激光雷達(dá)的飛凡R7將于9月27日推出。

沃爾沃：沃爾沃在新一代汽車(chē)平臺(tái)SPA2上采用了Luminar激光雷達(dá)作為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)配置，之后會(huì)在Polestar 3上逐漸推出。

日產(chǎn)：日產(chǎn)于今年5-6月公布了2030年的戰(zhàn)略目標(biāo)，發(fā)布了下一代、未來(lái)自動(dòng)駕駛的戰(zhàn)略，表示將在未來(lái)的量產(chǎn)汽車(chē)當(dāng)中會(huì)使用Luminar的激光雷達(dá)。

生態(tài)合作伙伴：Luminar為Mobileye提供的激光雷達(dá)今年年底將會(huì)量產(chǎn)，用于Mobileye自動(dòng)駕駛的出租車(chē)。另英偉達(dá)推出的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)解決方案中也包括了Luminar的激光雷達(dá)。

天窗頭部企業(yè)：Luminar是在行業(yè)中最先提出將激光雷達(dá)安裝在車(chē)頂?shù)奈恢谩槟軌虺浞职l(fā)揮激光雷達(dá)1550nm長(zhǎng)距檢測(cè)能力和高精度的功能，Luminar與天窗的頭部企業(yè)也展開(kāi)合作，研究激光雷達(dá)和汽車(chē)的完美結(jié)合方式。