تعد أنظمة مساعدة السائق المتقدمة (ADAS) محركًا كبيرًا للنمو والابتكار في مدخل بطاقة الذاكرة : نعم سوق. من المتوقع أن يصل سوق أجهزة الاستشعار لمركبات ADAS إلى 22.4 مليار دولار في عام 2025 ، بقيادة الرادارات ، وفقًا لـ يول التنمية (يول). في عام 2025 ، من المتوقع أن تصل عائدات الرادار إلى 9.1 مليار دولار ، وعلى الرغم من كونها سوقًا صغيرة نسبيًا اليوم ، فمن المتوقع أن تنمو إيرادات LiDAR إلى 1.7 مليار دولار. على الرغم من أن LiDAR في ADAS لم تمثل سوى 1.5 ٪ من سوق السيارات والصناعية LiDAR في عام 2020 ، فمن المتوقع أن تصل حصة ADAS إلى 41 ٪ في عام 2026 ، وفقًا لـ Yole.
بشكل عام ، يعمل الرادار عن طريق إرسال إشارة ترتد عن كائن لتحديد وجوده ونطاقه. من خلال إرسال إشارة بتردد معين ، يقوم النظام بعد ذلك بتحليل تردد العودة. بالنسبة إلى ADAS ، فإن الاختلاف بين الاثنين ، بما في ذلك تأثير دوبلر المحتمل ، يحدد موقع ومسافة وسرعة العوائق.
الرادار قادر أيضًا على مسح البيئة المحيطة. لذلك ، أصبح جهاز استشعار مهمًا لتطبيقات مثل تجنب الاصطدام لأنه يعمل في الظلام والظروف الجوية السيئة وغير مكلف نسبيًا.
وبالمثل، فإن تقنية LiDAR عبارة عن استشعار التكنلوجيا وتتمثل مهمتها الرئيسية في اكتشاف الأشياء ورسم مسافاتها. ويتم تحقيق ذلك من خلال إضاءة الهدف بنبضة بصرية (يتراوح عرضها من بضعة نانو ثانية إلى عدة ميكروثانية) وقياس خصائص إشارة العودة المنعكسة.
تتمثل العوامل الرئيسية لاستخراج المعلومات المفيدة من إشارات الضوء المرتدة في قوة النبض ، ووقت الرحلة ذهابًا وإيابًا ، وتحول الطور ، وعرض النبض. على الرغم من توفر عدة أنواع مختلفة من أنظمة LiDAR ، يمكن تجميعها في فئتين فيما يتعلق بنوع توجيه الحزمة: LiDARs الميكانيكية والبصرية.
يعتمد LiDAR الميكانيكي على بصريات عالية الجودة ومجموعة دوارة لإنشاء مجال رؤية واسع (FoV) ، حتى 360 درجة. تعتبر نسبة الإشارة إلى الضوضاء المصاحبة ممتازة جدًا على FoV ، لكن الحل ضخم وثقيل. من ناحية أخرى ، لا تتميز أجهزة LiDAR ذات الحالة الصلبة بأجزاء ميكانيكية تدور ، مما يوفر درجة عالية من الموثوقية. على الرغم من تقليل FoV الخاص بهم ، إلا أن هناك طريقة للتغلب على هذا القيد.
يتوقع محللو Yole أن يصل سوق ADAS إلى أكثر من 60 مليار دولار في عام 2026 ، بمعدل نمو سنوي مركب بنسبة 6.5 ٪ من 2020 إلى 2026 ، كجزء من صناعة اتصال السيارات ، والاستقلالية ، والمشاركة / الاشتراك ، والكهرباء (CASE). من المتوقع أن يصل إلى 318 مليار دولار بحلول عام 2035.
المحرك الرئيسي لهذا النمو هو الابتكار المستمر وتكامل الوظائف الجديدة. على سبيل المثال ، قال Yole أنه تم إنشاء أكثر من 80 شركة LiDAR منذ طرح LiDAR ثلاثي الأبعاد في الوقت الحقيقي من Velodyne في عام 3 ، والعديد منها يعتمد على تقنيات جديدة.
انقر للحصول على صورة أكبر. (المصدر: Yole)
رادار الحالة الصلبة الحقيقي
أحد هذه الابتكارات هو تقنية LiDAR الصلبة من زينوماتيكس، مصممة لـ ADAS والقيادة الذاتية. يتخذ هذا الحل الجديد نهجًا مختلفًا بشكل أساسي فيما يتعلق بـ LiDARs الضوئية التقليدية ، والتي تستخدم قياسات متسلسلة لإرسال ضوء الليزر في اتجاه واحد ، وأخذ القياس ، ثم الانتقال إلى الموضع التالي. يقيسون السيناريو المحيط ويكتسبونه بطريقة خطوة بخطوة.
يمكن اكتشاف المشهد بأكمله في "ومضة واحدة" دون قيود النطاق الأقصر أو الطاقة العالية ، مع نطاقات تتجاوز 200 متر واستهلاك عادي للطاقة. على عكس مسح LiDARs ، لا تحتاج غيوم النقاط عالية الدقة إلى معالجة لاحقة لتصحيح الحيز الزمني ، مما يسمح بمعدل إطار أعلى بكثير ويوفر تصحيحًا أفضل.
نتيجة لذلك ، لا يتعين على LiDAR الخاص بـ XenomatiX أن يتحرك بسرعة كبيرة ، كما تفعل الأنظمة البصرية التقليدية "نقطة وقياس". نظرًا لأنه يتم قياس المشهد عن طريق إرسال جميع الحزم في نفس الوقت دون إجراء أي مسح ، فإن النظام لديه المزيد من الوقت لمعالجة الشبكة عالية الدقة لنقاط القياس.
اليوم ، العديد من أنظمة LiDAR ميكانيكية ، على الرغم من وجود اتجاه كبير نحو تقنيات الحالة الصلبة. يستخدمون رؤوسًا دوارة ، مما ينتج عنه حلول ضخمة وثقيلة ومكلفة. للتغلب على هذه القيود ، تم اعتماد تقنيات مثل المرايا المتذبذبة لتقليل حجم الحل. ومع ذلك ، لا يزال جهازًا ميكانيكيًا إلى حد ما.
XenomatiX ، التي تأسست في عام 2013 ومقرها في لوفين ، بلجيكا ، قدمت مصطلح "حقيقي" لتحديد أنظمة LiDAR ذات الحالة الصلبة التي تم إنشاؤها باستخدام أشباه الموصلات- مصدر ليزر وكاشف بدون مسح ضوئي أو أجزاء متحركة. نهج الشركة هو حل للمسح أثناء الحركة ، لأنه يزيل التأخر الذي تسببه أجهزة الاستشعار أثناء تحركها خلال نمط المسح الخاص بها.
هذا المفهوم مناسب تمامًا لتطبيقات السيارات ، لأنه يلغي الحاجة إلى تعويض الحركة: يتم إرسال جميع الحزم في نفس الوقت تمامًا ، والحصول على جميع النقاط في نفس الوقت عبر مصراع عالمي.
يعتبر تصميم XenoLidar-X ذو الحالة الصلبة الحقيقية LiDAR فعالًا في جميع السيناريوهات التي يمكن أن تختلف فيها ظروف الإضاءة والطقس بدرجة كبيرة. يتميز حل الحالة الصلبة من الجيل التالي من XenomatiX بوجود 15,000 شعاع ليزر ، يتم عرضه في وقت واحد ، مما يحسن الدقة إلى مستوى 0.15 درجة أفقيًا ورأسيًا ، بما يتماشى مع متطلبات السوق الأكثر تطلبًا اليوم.
XenomatiX's XenoLidar-X LiDAR (المصدر: XenomatiX)
يستخدم XenomatiX ، في الحالة الصلبة LiDARs ، أشعة الليزر ذات التجويف العمودي الباعثة للأسطح (VCSELs) ، وهي مصادر ليزر منخفضة الطاقة للغاية توفر متانة وعمرًا جيدًا للغاية ، أفضل بكثير من ليزر الصمام الثنائي التقليدي.
تُعرف حلول الشركة باسم 6D LiDARs ، مما يعني أنها توفر نوعين من المخرجات مع تراكب مثالي. الأول عبارة عن سحابة نقطية ، وهي هندسة ثلاثية الأبعاد تتضمن جميع نقاط الليزر المكتشفة. والثاني هو صورة كاميرا بصرية ثنائية الأبعاد. يمكن رؤيتها على أنها LiDAR بكاميرا مدمجة بطبيعتها ، أو كاميرا بأداء LiDAR ولا يوجد خطأ في اختلاف المنظر. يتيح توافر البيانات الزائدة اندماج المستشعرات ، مما يوفر معلومات تكميلية تدعم تطبيقات السلامة. البعد السادس هو انعكاس الأجسام ، بناءً على كمية ضوء الليزر المرتد.
يستخدم كاشف CMOS المصمم خصيصًا ، والذي يمكن أن يعمل في أوضاع ثنائية أو ثلاثية الأبعاد ، خوارزميات الذكاء الاصطناعي الخاصة لمعالجة الصورة المرئية أو سحابة النقاط.
يطلق عليه XenomatiX اسم AI رباعي الأبعاد ، مما يعني أنه يقوم بالتعرف على الأنماط في مساحة 4D ، حيث يتم دمج إحداثيات x و y و z مع شدة شعاع الليزر المنعكس. تم تصميم المستشعر ليعمل أيضًا ككاشف في وضع ثنائي الأبعاد عند إيقاف تشغيل الليزر. إذا تم تشغيل الليزر ، يمكن للنظام استخدام نفس وحدات البكسل لإجراء قياسات ثلاثية الأبعاد وإنشاء سحابة نقطية ثلاثية الأبعاد.
توفر LiDARs ذات الحالة الصلبة أيضًا موثوقية ممتازة ، والتي تعد عاملاً رئيسيًا في تطبيقات السيارات. متوسط الوقت بين الفشل ، في الواقع ، جيد جدًا بسبب عدم وجود أجزاء متحركة ، واستخدام VCSELs (وهي أشعة ليزر ذات عمر طويل) ، ونضج تقنية CMOS.
بالإضافة إلى تطبيقات السيارات ، يمكن استخدام تقنية LiDAR لرسم الخرائط الجوية والجغرافية ثلاثية الأبعاد ، وأنظمة السلامة في المصانع ، والذخيرة الذكية ، وتحليل الغاز.
4D التصوير رقاقة الرادار
يمتد تحسين "عيون" ADAS إلى ما وراء LiDAR ليشمل أجهزة استشعار جديدة قادرة على التعامل مع سيناريوهات القيادة المعقدة ، أو ما يسمى المستوى 4 ، أو الأتمتة العالية.
من بين المطورين فايار للتصوير، أخصائي استشعار إسرائيلي. منصة XRR للشركة الخاصة بـ ADAS عبارة عن شريحة رادار تصوير واحدة رباعية الأبعاد بمدى يصل إلى 4 متر. توفر شريحة الرادار أيضًا رغوة 300 درجة ، تعمل دون الحاجة إلى معالج خارجي.
تشير ميزة 4D إلى قدرة الشريحة على قياس المسافة والسرعة النسبية جنبًا إلى جنب مع سمت الأجسام وارتفاعها بالنسبة إلى مستوى الطريق.
تدعم مصفوفة MIMO المكونة من 48 هوائيًا النظام الأساسي الجديد ، وهو أيضًا مؤهل لـ AEC-Q100 ومتوافق مع ASIL-B. يقال إن RFIC يلغي الحاجة إلى الأجهزة الخارجية مثل مستشعرات LiDAR ، ويقلل من تكاليف الكابلات ، واستهلاك الطاقة ، وجهود التكامل.
تعمل شريحة XRR متعددة النطاقات في نطاقات الرادار من 76 إلى 81 جيجاهرتز ويمكنها التمييز بين العوائق الثابتة مثل الفواصل والأرصفة والمركبات المتوقفة جنبًا إلى جنب مع المركبات المتحركة والمخاطر الأخرى.
في البيئات منخفضة السرعة مثل ساحات الانتظار ، تقوم الرقاقة بمسح المناطق المحيطة للمشاة والعقبات باستخدام الكشف عن التصوير بالرادار قصير المدى وقصير المدى. على المدى الأطول ، تعمل شريحة الرادار على تمكين تطبيقات ADAS مثل التحكم التكيفي في ثبات السرعة ، واكتشاف النقطة العمياء ، والتحذير من الاصطدام ، وتنبيهات حركة المرور ، وكبح الطوارئ المستقل.
لوحة مزودة بشريحة XRR من Vayyar (المصدر: Vayyar Imaging)
يوفر رادار التصوير رباعي الأبعاد ما يقرب من 4 قناة افتراضية (على عكس قناة واحدة في الرادار التقليدي). على عكس الكاميرات و LiDARs ، يعمل رادار التصوير رباعي الأبعاد في جميع الظروف ، بما في ذلك الضباب والأمطار الغزيرة وفي الليل. يفي مداها الأطول بمتطلبات مستويات أعلى من أتمتة المركبات. يلتقط الرادار أيضًا تحولات دوبلر ، والتي تكتشف ما إذا كان الجسم يتحرك باتجاه السيارة أو بعيدًا.
أيضًا ، على عكس الكاميرات و LiDARs ، يستخدم رادار التصوير رباعي الأبعاد تحديد الموقع بالصدى ومبدأ قياس وقت الرحلة لمسح محيطه. إلى جانب نطاق 4 متر ، يعمل الرادار أيضًا بشكل جيد في العواصف الثلجية ، عندما يكون التصوير صعبًا للغاية.
يستخدم المستشعر رباعي الأبعاد متغيرات الوقت لتحليل البيئات ثلاثية الأبعاد من أجل الارتفاع. يمكن أن يساعد هذا في اكتشاف وتحديد الأجسام الثابتة على طول الطريق.
ستسمح القدرة على مسح البيئة على جانب الطريق حول السيارة بدقة وتعريف متزايدة على الإلكترونيات الموجودة على متن الطائرة بتفسير كميات أكبر من البيانات ، مما يتطلب سرعات معالجة أعلى لتطبيق ADAS. وقال فايار إن النتيجة هي قدر أكبر من الموثوقية.
يشتمل رادار الشركة على الرقاقة أيضًا على DSP داخلي و MCU لمعالجة الإشارات في الوقت الفعلي دون الحاجة إلى وحدة معالجة مركزية خارجية.