下一代激光雷达要来了？近期多家厂商推出FMCW技术方案

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）今年我们可以发现不少厂商都展示了自家的FMCW激光雷达方案，包括发射和接收方面的器件等。FMCW是一种测距技术，相比于目前主流采用ToF测距的激光雷达，结构更简单，可靠性更高，且抗干扰能力极强，被认为是下一代固态激光雷达的核心技术之一。
 
ToF路线趋于成熟，FMCW换道出发
 
目前在市场上销售的激光雷达，基本都采用ToF测距。ToF也就是飞行时间，通过直接测量发射激光和回波信号的时间差计算出距离信息，探测精度高，响应速度快。这也是目前市场应用最广泛，最成熟的测距方式。
 
一般激光雷达由发射、接收、扫描三个核心结构组成，然后通过信号控制和处理模块对三个核心结构组成的部分进行控制，并将获取到的信息进行处理。
 
而ToF作为测距技术的一种，主要是关联到发射和接收两个部分。目前在各家激光雷达厂商的产品中，特别是自动驾驶激光雷达上，最主要的差异在光源和扫描方式上。比如图达通和Luminar、镭神等厂商选择使用1550nm的光纤激光器作为光源，这种光源成本更高，但对人眼更加安全，因此功率可以更高，探测距离可以更远。
 
光源方面在905nm的激光上，还有EEL和VCSEL的区别，这里就不展开赘述了。尽管光源的选择多种多样，但实际上采用的都是相同的测距原理，即使是纯固态的Flash激光雷达，只是发光源由单点变成阵列，不再通过相应的活动扫描部件对场景使用单点激光进行扫描。
 
而正是由于ToF路线在工程和技术上更容易实现，ToF激光雷达也就成为较早一批激光雷达公司所选择的方向，因此目前搭载激光雷达的量产车型上，均采用ToF激光雷达。
 
自2018年开始，多家激光雷达初创公司开始崭露头角，并纷纷把目光投向FMCW激光雷达的路线。FMCW即调频连续波，这种测距方式其实在过往的毫米波雷达等领域中已经被广泛应用。它的测距原理是通过发射连续变化频率的激光束，通过分光器将一部分光作为参考光，另一部分光发射出去后，再用混频探测技术测量回波信号和参考光的频率差，间接计算出与被测物体的距离。
 
由于多普勒效应的存在，以激光雷达为参照系，使用FMCW测距时，被测物体如果正在远离激光雷达，那么反射回来的光频率就会降低；反之反射回来的光频率就会变高。根据这种变化的规律，还可以计算出被测物体当时的速度信息。这就是FMCW测距的原理。
 
FMCW激光雷达中发射和接收，都需要用到硅光芯片，与光通信产品类似，即与普通的硅基集成电路芯片相比，硅光芯片能导电的同时还能作为光通信的介质。
 
有业内人士认为，2018年开始多家激光雷达初创公司瞄准FMCW技术，这是由于FMCW激光雷达高度依赖硅光工艺，而硅光工艺也是从2018年才开始成熟。当然，ToF激光雷达的成熟，也是初创公司选择新技术路线的重要原因。
 
FMCW产业链加速进入成熟期？
 
我们看到包括光迅科技、国科光芯、飞芯电子等企业在早前展示了他们的FMCW相关产品。比如光迅科技作为国内光通信领域的龙头之一，也开发出了激光雷达的发射和接收光学部件相关产品。
 
据光迅科技介绍，目前可以提供窄线宽1550nm DFB（分布式反馈激光器）激光器、窄线宽C-band ITLA Laser、1550nm FMCW BPD（光电平衡探测器）、1550nm FMCW ICR（红外滤光片）、1550nm FMCW硅光及光电合封模组等底层器件等。
 
其中，光迅科技基于自有芯片的DFB激光器年产能超亿片，供应链成熟可控，且该系列产品连续10年以上零故障运行。而ITLA产品是光迅科技近年来重点投入的核心产品，从芯片、器件到模块均由公司自行设计、生产，实现了核心技术、工艺全序列的自主化。
 
国科光芯则展示了一款FMCW激光雷达光引擎，据工作人员介绍，该光引擎是一个集成化的芯片解决方案，其中集成了光源、发射和接收结构。国科光芯基于氮化硅芯片技术的兼容性以及高度集成优势，可以将目前FMCW激光雷达的分立结构方案成本大幅压缩，并快速、低成本地组装出激光雷达模组。
 
飞芯电子则基于FMCW推出了一款超远距离激光测距仪，采用优化的发射和接收光路设计，可以实现更远的测距距离和精度。
 
另外，近期硅光子学初创公司SiLC宣布推出四款专业的EyeonicTM视觉系统，该视觉系统采用了FMCW激光雷达技术，探测距离覆盖50米、150米、300米，最高甚至可以达到1250米。其中50米距离的版本为AI机器视觉服务，比如机器人、卡车装载等；150米距离的版本适用于家庭安防、工厂自动化应用等；300米距离版本能够应用到汽车ADAS和自动驾驶等系统上；而1250米的版本应用目标是无人机跟踪、机场等等。
 
在商用落地方面，近期洛微科技与长城汽车达成技术合作协议，双方就用于城市NOH应用场景的FMCW4D激光雷达产品，高阶智能驾驶感知技术与应用场景探索应用展开深入合作。洛微科技是国内首家展示基于自研硅光OPA和FMCW芯片的激光雷达厂商，早在2021年就推出了样品。
 
镭神智能近期也透露，公司在今年年底将会推出FMCW 激光雷达产品。各大厂商的产品亮相，以及合作落地的进展，似乎都预示着FMCW激光雷达产业链正在走向成熟。
 
写在最后
 
作为未来纯固态激光雷达的重要技术路线，FMCW激光雷达从2018年开始进入高速发展期，经过近5年的发展，目前已经越来越接近量产状态。不过如果从自动驾驶应用来看，由于汽车行业认证方面的周期，至少到2025年，市面上我们能看到的激光雷达都会是采用ToF测距的形式。而采用Flash光源的激光雷达也已经出现在量产车型上，极石01就搭载了禾赛的Flash补盲激光雷达。
 
但最终激光雷达哪种形式会成为最终赢家，还要看谁能大规模量产，且足够便宜，否则技术先进性将无法转变为优势。