爱莱达总经理潘卫清：新型相干连续波车载激光雷达技术解析

杭州爱莱达科技有限公司总经理 潘卫清

大家好！我是爱莱达科技有限公司的，我们公司是一个初创公司，专门做车载激光雷达相关的一些技术开发和产品化。

我们做的激光雷达主要是基于相干技术的，今天我主要是跟大家介绍一下我们做这个雷达，就相干创新的话它的原因，为什么要做这个相干创新，有没有必要。然后就是我们现在做这个相干雷达做的情况以及未来我们呈现给无人驾驶用的相关激光雷达它的形式。 

我分三个方面给大家介绍，首先介绍一下我们公司的情况。我们公司非常的年轻，是去年7月份成立的，目前员工是25人，是在杭州滨江区的，我们核心业务主要是两块，一个是相干激光雷达，这个相干雷达是基于FMCW技术的，另外一个用这个技术做了远距离声音激光侦听雷达。我们公司是今年的1月份获得了百度风投和华东的联合投资，我们公司的团队主要来自于中科院和美国麻省理工学院，其中有国家千人一名，这是我们的团队，田博士来自于麻省理工，潘博士是我，后面这几位博士，我们公司来自于上海光机所，我们原来都在一个团队从事自由空间的相干激光通信和混合雷达，做雷达15、16年了。我们团队之前也获得了很多的成果，比方说有代表性的是2017年我们团队也是代表国家首次实现星地相干激光通信在轨实验，通信速率达到5.12Gbps，累计发明专利100多项。

下面介绍一下雷达技术。现在雷达也挺火，公司也很多，产品应用大家最看好的是无人驾驶。那么除此之外其实在智能码头、高精度地图等等都有应用，这个就不展开。现在产品也五花八门，国内国外的都做得越来越小，外观也越来越漂亮。但是目前这些雷达他们都是普遍采用，90%以上都是采用同一种技术方案，我们叫TOF技术，这个技术它的优点也非常的明显，首先是原理很简单，谁都能理解，就是光跟目标雷达飞行时间就可以获得距离，技术路线也很简单是直接探测，光的强度进来我们是探测器相应，就能记录时间，测时间把距离测出来了。成熟度也比较高，相关的器械都是比较成熟的，开发周期也很短，现在公司要做一个TOF雷达也很快，这当然是它的优势。

目前雷达其实也存在很多的一些问题，特别是针对未来无人驾驶，我们总结它主要的问题是这个几方面，一个是抗干扰，车载激光雷达可能是最要克服的一个问题，就是现在的这个激光雷达因为它采用的强度直接探测，对所有进入探测器的光都响应，如果这个雷达在工作的时候面向阳光，那么它就容易受阳光的影响，阳光强它的雷达跟人的眼睛一样，它就看不到目标了。这个就会带来一个安全隐患。另外一个我们现在在无人驾驶上测的激光雷达基本上都是单辆车或者少数几辆车在跑，如果说以后真的用到商用普及的话，那么路上大量的车都用这样的雷达扫，这个雷达是没法识别是附近的车打来的脉冲还是我自己发出来的信号回波，因为它是直接强大探测，所以相互干扰也很有问题。另外一个就是安全问题，以后都采用这种机子在路边你用一个现在雷达的这个同波端的强光源，去执行一个恶意破坏这个车就会失灵，这是很重要的一个问题。

另外一个是探测距离问题，我们开车也有一种体验，如果晚上开着近光灯开的速度就上不去，开远光高速上能跑，激光雷达也是相当于车的眼睛，距离近速度上不去，安全隐患就比较那个，所以另外我们这个雷达还考虑人眼安全显示，发射的光率是受人眼限制的，不能太高，对它来说是矛盾。现在雷达做到150米到200米都很困难了，现在一般标车用200米也都是基于这个目标是比较高放射率的目标。 

一个扫描问题，我们知道雷达要做成固态的，大家期待的方案是OPA，这个方案它也对雷达也有要求，对主机也有要求，大规模做成以后对扫描的出光孔径很小，也就意味着带到这个雷达里它会带入一个损耗，会进一步缩短TOF雷达的探测距离，所以天然的不是很兼容。还有全天候工作，激光雷达肯定是没有办法解决的，需要融合。

我们也是基于以上的这样一些原因，我们才要创新，寻求新的方案，克服这些问题，我们的这个方案就是相干探测，相干测距，就叫FMCW雷达，很简单就是光源、耦合器、上位机，然后采集，我们发的信号是连续波，频率是线性的周期，调频的一个频率，也就意味着发射的频率和接收的频率有一个差异，其实这个差异可以通过我们光学的一个混频探测就可以探测到它两个波的差，可以通过频率做一个转换就可以换算出距离，它原理其实也不复杂，它增加的模块主要是光学处理部分。我们这里的关键技术其实也就是光的调频技术，收发光的技术，相干接收，然后信号解析。 

这个是今年开发出来的相干激光雷达，这个目前看起来体积比较大，大的原因主要还是散热，雷达功率比较远，它设计的距离是3公里，我们现在发射功率是50到200毫瓦，它的探测距离就可以超过1公里，它完全可以直视太阳光工作，不受任何光的干扰。现在扫描范围是我们自己研制双轮镜扫描的，可以抗干扰、远距离。而且还有个好处可以同时精确的获得速度，它对速度的测量精度也是0.1米/秒。上面这个房子是我们200米距离扫的一个结果，它非常的清晰，另外像一个水晶一样的房子，这个它的扫描深度跨度比较远，是从100米到400米这样的一个范围。这是我们扫的一个广场，它的深度跨度就更远了，是从20米到500米，这是我们做的针对有一个电力大厦，这个距离是100米到1公里，这个其实就是一个电力大厦，后面那个到电力大厦是500米，500米过去后面它还有一个目标，也是1公里也都是可以看得到的，而且我们工作的条件都是特意选了是正对太阳工作的。

那么对比一下，总结一下TOF雷达和相干雷达，它的这个对比。首先抗干扰能力，肯定相干能力强，不需要考虑任何处理，光学上就已经解决了。有效探索灵敏度非常高，直接有效探测能够精确测试只需要10个光子。工作距离现在我们能达到的远超过车企的要求。人眼严重，我们采取1550的波段发射功率更高，可以有速度信息，与固态扫描完全兼容。我们雷达还可以跟毫米波做芯片级的融合，雷达工作机制和毫米波的工作机制非常的相似，我们很多的模块可以共用，包括信号的调制模块和处理的模块可以共用，然后我们技术都非常光通性，大规模集成制造的工艺，因为现在采用的很多器械都是光通性的器械。

这个是我们10月份在研的一个雷达，10月份要发布的，就提供测试的，是基于MEMS扫描的，它是呈50、呈80，最远工作距离超过300米，我们设计了三个扫描头，距离不头，因为光速口径不一样。扫描的速率是0.5兆/秒，这是我们以后的，明年要做的事情，我们以后呈现给无人驾驶用的激光雷达应该是一个芯片化的，我们这个雷达就是由上下两部分组成，它完全现在用硅光相关通信的工艺可以做更一个芯片，然后我们这个处理是高速的采集卡加上FBGA的一个算法，这个也可以做成一个电子芯片，就两个芯片一合再加上固态的扫描器就OK了，就是一个很小的车用的无人驾驶雷达。

这是我们的一个时间规划，我们现在是完成了验证机，10月份是MEMS的车载雷达，下半年完成激光和光明波芯片混合，明年就准备做芯片的设计开发。后面是我们另外一个产品，就是声音监听机已经做出来了，已经做了两代，可以远距离获取声音，谢谢大家！