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過(guò)去十年中，LiDAR（光探測(cè)和測(cè)距）已成為一種流行的三維成像技術(shù)，被應(yīng)用于從自動(dòng)駕駛汽車(chē)到移動(dòng)電話等設(shè)備。

像雷達(dá)一樣，但用的是光，它通過(guò)使用一個(gè)包含移動(dòng)激光二極管和光電二極管的系統(tǒng)來(lái)工作，用于將光脈沖反射到物體和從物體反射回來(lái)，確定它們與傳感器之間的相對(duì)距離。 

通用 LiDAR 系統(tǒng)的示例。圖片由Quanergy 提供

一般來(lái)說(shuō)，LiDAR 數(shù)據(jù)然后被處理成 3D 地圖，其中包含有關(guān)物體或陸地的形狀和表面特征的精確信息，使這些傳感器能夠?yàn)椴煌?lèi)型的車(chē)輛提供 3D 視覺(jué)，如機(jī)器人、汽車(chē)、飛機(jī)以及智能基礎(chǔ)設(shè)施和工業(yè)機(jī)器等固定系統(tǒng)提供3D視覺(jué)。

目前激光雷達(dá)技術(shù)的使用仍然面臨一些挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)上這些傳感器體積大且價(jià)格昂貴，因?yàn)樗鼈兪褂脵C(jī)電元件來(lái)控制激光和接收系統(tǒng)。此外，機(jī)械傳感器的運(yùn)動(dòng)部件在沖擊或振動(dòng)時(shí)容易受到干擾，這在安裝在汽車(chē)或機(jī)器人上時(shí)很常見(jiàn)。

機(jī)械激光雷達(dá)的挑戰(zhàn)促使工程師們開(kāi)始研究其他技術(shù)，以開(kāi)發(fā)小型、低功率、低成本的設(shè)計(jì)，即不使用移動(dòng)部件固態(tài)激光雷達(dá)。取而代之的是，可以使用諸如MEMS(即使是微電子機(jī)械，這種技術(shù)仍然被認(rèn)為是固態(tài)的)或相控陣等技術(shù)來(lái)來(lái)將光束導(dǎo)向特定方向。

Quanergy Systems 是一家致力于固態(tài) LiDAR 創(chuàng)新的公司。本周，Quanergy 宣布了其最新推出的 S3 系列激光雷達(dá)，這應(yīng)該是第一個(gè)使用光學(xué)相控陣（OPA）的真正的固態(tài)激光雷達(dá)，也是可擴(kuò)展的，具有成本效益的，并可用于大規(guī)模市場(chǎng)生產(chǎn)。

本文將介紹 LiDAR 系統(tǒng)中使用的 OPA、Quanergy 的“行業(yè)首創(chuàng)”傳感器是什么樣的，以及 LiDAR 技術(shù)的未來(lái)可能是什么樣子。 

LiDAR 系統(tǒng)中的光學(xué)相控陣

如前所述，Quanergy公司最新LiDAR系統(tǒng)的一個(gè)關(guān)鍵特征是使用OPA。OPA是為多種用途（主要是LiDAR傳感器）開(kāi)發(fā)的需要隨機(jī)訪問(wèn)光束生成、指向和轉(zhuǎn)向的半導(dǎo)體光子技術(shù)。

OPA的一般原理 

該技術(shù)使用放置在 2D 陣列中的硅元件。每個(gè)單元都是同相和振幅完全可控的像素，包括同相位和振幅，允許通過(guò)在表面上創(chuàng)造一個(gè)相位梯度來(lái)對(duì)光束進(jìn)行電子轉(zhuǎn)向，使OPA成為真正的固態(tài)裝置，因?yàn)樗鼪](méi)有任何移動(dòng)部件。 

對(duì)于LiDAR的使用，OPA可能能夠克服機(jī)械傳感器的限制，同時(shí)也有可能實(shí)現(xiàn)更大的分辨率和保真度。

與機(jī)械部件相比，硅芯片不僅生產(chǎn)成本更低，而且體積更小，消耗的能量更少。這些優(yōu)點(diǎn)使其能夠無(wú)縫集成到許多技術(shù)中，而不會(huì)表現(xiàn)出自身的干擾，也不會(huì)干擾其嵌入的系統(tǒng)。

現(xiàn)在已經(jīng)更好地理解了 OPA 的一般概念，讓我們深入了解 Quanergy 的最新傳感器。 

Quanergy 基于 OPA 的 LiDAR

Quanergy 開(kāi)發(fā)的 S3 系列 LiDAR 傳感器是使用CMOS技術(shù)制造的基于 OPA 的設(shè)計(jì)。由于工程師已經(jīng)熟悉這種類(lèi)型的半導(dǎo)體制造，因此 Quanergy 相信設(shè)計(jì)人員可以利用具有成本效益的工藝輕松擴(kuò)展其傳感器以進(jìn)行大規(guī)模市場(chǎng)生產(chǎn)。 

使用發(fā)射器、接收器和處理器以及用于波束成形和轉(zhuǎn)向的 OPA

Quanergy公司與亞利桑那州一家名為ZEV（Zero Electric Vehicle）的電動(dòng)車(chē)解決方案公司合作，提供可持續(xù)和可獲得的車(chē)隊(duì)電氣化，以演示該傳感器的相關(guān)功能。

在演示中，一輛測(cè)試車(chē)輛配備了 OPA LiDAR 傳感器和用于地形視覺(jué)的常規(guī)攝像頭。該測(cè)試包括在明亮的環(huán)境中在長(zhǎng)達(dá)一百米的多個(gè)距離內(nèi)跟蹤目標(biāo)車(chē)輛。

據(jù) Quanergy 稱，OPA 傳感器的演示不僅比機(jī)械 LiDAR 具有顯著優(yōu)勢(shì)，而且與其他固態(tài) LiDAR 技術(shù)相比也具有顯著優(yōu)勢(shì)。 

測(cè)試車(chē)輛能夠在明亮的環(huán)境中始終保持安全，即使使用只有 10% 能見(jiàn)度的目標(biāo)物體，模擬其他傳感器很難檢測(cè)到的物體。

Quanergy 表示，其 S3 系列傳感器可以提供超過(guò) 100,000 小時(shí)的平均故障間隔時(shí)間，這對(duì)于機(jī)械 LiDAR 來(lái)說(shuō)只有數(shù)千小時(shí)。由于該傳感器專為汽車(chē)行業(yè)而設(shè)計(jì)，旨在滿足檢測(cè)物體和避免碰撞方面最嚴(yán)格的汽車(chē)法規(guī)要求。其面向大眾市場(chǎng)生產(chǎn)的目標(biāo)價(jià)格為 500 美元，并計(jì)劃提供更遠(yuǎn)的距離、更大的垂直視野和更高的數(shù)據(jù)速率。 

激光雷達(dá)的未來(lái)

Quanergy公司展示的技術(shù)可用于其他行業(yè)和科學(xué)領(lǐng)域，而不僅僅是用于自動(dòng)駕駛。以前，這項(xiàng)技術(shù)看起來(lái)像一個(gè)安裝在車(chē)輛頂部的大型旋轉(zhuǎn)裝置。這項(xiàng)測(cè)試表明，LiDAR有可能變得像信用卡一樣小而不易被人察覺(jué)。

大規(guī)模生產(chǎn)這些微型和低功率 LiDAR 傳感器的能力將為未來(lái)集成到已經(jīng)建立的基礎(chǔ)設(shè)施和系統(tǒng)中打開(kāi)大門(mén)。通過(guò)消除困擾傳統(tǒng) LiDAR 的許多挑戰(zhàn)，固態(tài) OPA 傳感器可能對(duì)該技術(shù)的大規(guī)模采用和集成至關(guān)重要。

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