在無人駕駛或自動(dòng)駕駛技術(shù)中，雷達(dá)是核心傳感器件之一。它的發(fā)展毫無疑問決定了無人駕駛技術(shù)的落地速率。最近，美國國防部先進(jìn)項(xiàng)目研究局(DARPA)研發(fā)出了一種新型的芯片式激光雷達(dá)，號(hào)稱成本更低、效率更高，而且從名稱上就可以看出來，它小到可以被放到微型芯片上，應(yīng)用范圍更廣。那么，這一芯片式激光雷達(dá)到底是個(gè)什么東東?
我們平時(shí)所說的雷達(dá)，從發(fā)射源上可分為兩種：Radar和Lidar。Radar(RadioDetection & Ranging)是一種使用無線電作為其能量源的傳感器，主要用于探測目標(biāo)物體是否存在并確定目標(biāo)距離和角度位置。Lidar(Light Detection & Ranging)是一種激光器作為輻射源的雷達(dá)，是激光技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。激光因其方向性好、探測距離精度高的特點(diǎn)，在軍事和商業(yè)上越來越受到重視。
車載雷達(dá)如果用的是Radar，多可藏在汽車的保險(xiǎn)杠后，或是嵌入到車體外殼里。但是對(duì)于以激光器作為發(fā)射源的雷達(dá)Lidar，大都基于簡單的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，這個(gè)裝置往往過于笨重，就像在車頂?shù)箍哿艘粋€(gè)“水桶”一樣。
因此，近10年來，在自動(dòng)駕駛汽車激光雷達(dá)傳感器的選配方面，國內(nèi)外高校和科研機(jī)構(gòu)多選擇使用美國Velodyne公司生產(chǎn)的車載64線激光雷達(dá)，它能對(duì)本車周邊半徑70米范圍內(nèi)的環(huán)境進(jìn)行三維掃描，以3D激光點(diǎn)云的方式呈現(xiàn)，給予自動(dòng)駕駛汽車的智能決策系統(tǒng)提供周圍環(huán)境最原始的判斷依據(jù)。但由于其體積大且價(jià)格比較昂貴(約合人民幣70萬元)，汽車廠商是基本不會(huì)選擇使用64線激光雷達(dá)的傳感器配置方案，而是選擇使用低成本的毫米波雷達(dá)加立體視覺的解決方案。
毫米波雷達(dá)加立體視覺的傳感器解決方案可以把硬件成本控制在10萬元(人民幣)以內(nèi)，不到64線激光雷達(dá)價(jià)格的1/7，但是依靠多攝像頭進(jìn)行車輛自身定位和周邊障礙物的檢測及位置估計(jì)，在算法實(shí)現(xiàn)上較激光雷達(dá)來得復(fù)雜，實(shí)時(shí)性和可靠性也有待提高。
日前，美國國防部先進(jìn)項(xiàng)目研究局(DARPA)研發(fā)出了一種新型的芯片式激光雷達(dá)，不僅體積小，而且成本低、效率高，芯片上的微型激光掃描儀可以輔助自動(dòng)駕駛汽車精確感知周邊環(huán)境、提高車輛自身的定位精度、實(shí)時(shí)快速地檢測附近的動(dòng)/靜態(tài)障礙物等等。DARPA將該芯片式激光雷達(dá)命名為Sweeper(Short-range Wide-field-of-viewExtremely agile Electronically steered Photonic EmitteR，短距、寬視場、極度靈敏的電子掃描光學(xué)發(fā)射器)，它每秒鐘的發(fā)射頻率是100,000Hz，比目前最快的激光器還快10,000倍。
試驗(yàn)證實(shí)，Sweeper水平掃描角度能達(dá)到51度，雖然相比于VelodyneHDL 64線激光雷達(dá)的360度水平角要小很多，但它已經(jīng)是目前微型激光掃描儀所能達(dá)到的最廣水平視野范圍了。如果想要得到周邊360度的全景覆蓋，可以用多個(gè)這樣的微型激光掃描儀通過安裝在不同位置，選取不同的傾斜角度，對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行掃描，然后通過激光器的標(biāo)定進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最后將掃描數(shù)據(jù)整合到1張全景圖中。
據(jù)介紹，這種新型的激光雷達(dá)小到可以被放到微型芯片上，且它對(duì)激光束的控制不依賴于任何的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)裝置，而是使用許多微型的發(fā)射器陣列，根據(jù)光學(xué)相控陣列的原理，通過對(duì)所發(fā)射激光束與其他激光束的疊加或抵消，來形成指向特定方向的激光束。研究人員開發(fā)了有史以來最復(fù)雜的二維光學(xué)相控陣列，將光學(xué)和電子器件集成到了一塊單獨(dú)的芯片上，該陣列能產(chǎn)生高分辨率的光束方向圖，將來可能會(huì)為環(huán)境感知和三維成像領(lǐng)域帶來革命性的進(jìn)步。
DARPA研發(fā)低成本、小體積、高效率的芯片式激光雷達(dá)有望進(jìn)一步促進(jìn)自動(dòng)駕駛汽車和智能機(jī)器人的商業(yè)化前景。當(dāng)然，除了車載激光雷達(dá)之外，該芯片式激光器還可用于自主導(dǎo)航、檢測發(fā)現(xiàn)生化武器、目標(biāo)的精確打擊、生物醫(yī)學(xué)成像，三維全息影像和超高速率數(shù)據(jù)通信等其他軍事和商業(yè)化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
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