基于鲁汶的XenomatiX基于多光束激光器概念和无风险、可扩展的半导体技术，提供了所谓的“真正的固态激光雷达传感器”。

具有挑战性的汽车应用，例如阿达斯以及自动驾驶需要用于测距和物体检测的高级解决方案。其中，激光雷达（光探测和测距）系统发挥了相关作用。也称为飞行时间激光雷达是一种传感技术，其主要任务是探测物体并绘制其距离图。这是通过用光脉冲（其宽度范围从几纳秒到几微秒）照射目标并测量反射返回信号的特性来实现的。从返回的光信号中提取有用信息的关键因素是脉冲功率、往返时间、相移和脉冲宽度。尽管有几种不同类型的激光雷达系统可用，但就光束控制类型而言，它们可以分为两类：机械和光学激光雷达。机械激光雷达依靠高级光学器件和旋转组件来创建高达360°的宽视场（FOV）。与FOV相比，相关的信噪比（SNR）相当出色，但该解决方案体积庞大且重量沉重。相反，固态激光雷达的特点是没有旋转的机械部件，提供了高度的可靠性。即使他们的视野降低了，也有办法克服这一限制。


本文将介绍XenomatiX开发的一种新型激光雷达技术，称为真固态，用于ADAS、自动驾驶和其他道路应用。需要注意的是，除了汽车应用外，激光雷达技术还可以用于3D航空和地理测绘、工厂安全系统、智能弹药和气体分析。


XenomatiX方法

如今，大多数激光雷达系统都是机械的。他们使用旋转头，导致体积庞大、重量沉重且价格昂贵的解决方案。为了克服这些限制，已经采用了振荡反射镜等技术来缩小解决方案的规模。然而，它仍然是一个有点机械的装置。从一开始，XenomatiX的理念就是，在汽车应用中，唯一的运动部件就是车辆。


在接受采访时EE时代欧洲XenomatiX首席执行官Filip Geuens表示：“汽车有着完全不同的要求，涉及成本、尺寸和可靠性。必须根据这三个关键因素来选择激光雷达技术。这就是为什么我们觉得临时激光二极管和机械运动部件不是前进的方向。”


该公司成立于2013年，总部位于比利时鲁汶，引入了“true”一词来识别固态激光雷达系统，该系统使用基于半导体的激光源和探测器构建，无需扫描或移动部件。与传统的光学激光雷达相比，这种新的解决方案采用了一种根本不同的方法，后者使用顺序测量向一个方向发送激光，进行测量，然后移动到下一个位置。他们以循序渐进的方式测量和获取周围的场景。


Geuens说：“由于扫描机制是激光雷达系统的弱点，XenomatiX的方法是消除引入多光束能力的扫描机制，这种能力可以同时发射数千束激光。”。“这是我们引以为豪的真正创新。”


整个场景可以在“一瞬间”检测到，不受短距离或高功率的限制，范围超过200米，功耗正常。此外，与扫描激光雷达不同，高分辨率点云不需要进行时空校正的后处理，从而实现更高的帧速率并提供更好的校正。


因此，XenomatiX的激光雷达不必像传统的“点和测量”光学系统那样移动得很快。由于所有场景都是通过在不执行任何扫描的情况下同时发送所有光束来测量的，因此系统有更多的时间来处理高分辨率的测量点网格。


Geuens说：“我们不需要最快的激光，因为我们有一个在全局快门模式下工作的激光雷达，这意味着它可以在一个镜头、一帧内观察整个场景。”。“这涉及到一些不错的好处：我们的系统不受运动模糊的影响，而且我们不需要能够发出纳秒脉冲的强大激光驱动器。”


XenomatiX采用的方法是一种在运动中进行扫描的解决方案，因为它消除了扫描传感器在扫描模式中移动时造成的滞后时间。事实上，这一概念非常适合汽车应用，因为它消除了对运动进行补偿的需要：所有光束都在同一时间发出，通过全局快门同时获取所有点。图1显示了XenoLidar-X，这是一个没有移动部件的独立解决方案，可用于自动驾驶和工业应用。事实证明，这种设计在照明和天气条件可能发生很大变化的所有场景中都是有效的。这是XenomatiX下一代固态解决方案，具有15000个激光束，我们正在同时投射。这将水平和垂直分辨率提高到0.15°，符合当今最苛刻的市场要求。


<img data-lazy-fallback="1" decoding="async" style="width: 600px; margin-left: auto; margin-right: auto;" src="https://uploads.9icnet.com/images/aritcle/20230427/Figure-1-eeteu-xenolidar.png">

图1:XenoLidar-X（固态）


XenomatiX在其固态激光雷达中使用VCSEL（垂直腔表面发射激光器），这是一种众所周知的低功率激光源，提供了非常好的耐用性和寿命预期，比传统的二极管激光器好得多。


Geuens说：“由于我们有更多的时间进行测量，我们仍然可以在激光束中投入足够的能量来进行远程测量。”。


XenomatiX激光雷达被称为6D激光雷达，这意味着它们提供了两种具有完美叠加的输出。第一种是点云，一种包括所有检测到的激光点的3D几何形状。第二个是视觉2D相机图像。它可以被视为具有内置相机的激光雷达，或者具有激光雷达性能且没有视差误差的相机。冗余数据的可用性实现了传感器融合，提供了有力支持安全应用的补充信息。6第维度是物体的反射率，基于返回的激光量。


Geuens说：“我们的探测器是一种特殊类型的CMOS，这是我们自己设计的像素。它就像一台能够在三维模式下工作的CMOS相机，可以给出每个探测点的坐标。”。“它也可以在二维模式下运行，提供视觉图像。视觉图像和点云被发送到中央ECU，在那里使用专有的人工智能算法进行自由空间或物体检测处理。”


XenomatiX称之为四维AI，这意味着它在四维空间中执行模式识别，其中x、y、z坐标与反射激光束的强度相结合。该传感器被设计为在激光器关闭时也可以在2D模式下作为探测器工作。如果激光器打开，系统可以使用相同的像素进行3D测量并生成三维点云。固态激光雷达还提供了优异的可靠性，这是汽车应用中的一个关键因素。事实上，平均无故障时间（MTBF）非常好，这是因为没有移动部件，使用了VCSEL（一种寿命长的激光器），以及CMOS技术的成熟。


如前所述，具有移动部件的激光雷达提供的一个优势是宽视场，可以扩展到360度。旋转头可以向各个方向观察。XenomatiX激光雷达仍然可以通过组合多个模块来获得更高的覆盖范围，从而实现宽视场。多个激光雷达单元可以放置在车辆的角落，以避免出现盲区。


凭借灵活的模块化设计，XenomatiX可以提供一种小型、轻便、经得起未来考验的传感器，便于集成。该公司与AGC、Marelli、Kautex等一级汽车供应商建立了持续的合作伙伴关系，以开发一个完整、可定制、模块化和灵活的激光雷达解决方案。这些合作伙伴关系将促进激光雷达在汽车挡风玻璃、后窗、格栅、前照灯、尾灯和保险杠中的集成。






>>这篇文章最初发表在我们的姐妹网站上，EE时代欧洲.