Усовершенствованные системы помощи водителю (ADAS) являются большим стимулом для роста и инноваций в датчик рынок. Ожидается, что в 22.4 году рынок датчиков для автомобилей ADAS достигнет 2025 миллиарда долларов, во главе с радарами. Yole Développement (Йоле). Ожидается, что в 2025 году доход от радаров достигнет 9.1 миллиарда долларов, и, несмотря на то, что сегодня рынок относительно невелик, выручка от LiDAR, по прогнозам, вырастет до 1.7 миллиарда долларов. Хотя LiDAR в ADAS составлял лишь 1.5% автомобильного и промышленного рынка LiDAR в 2020 году, по данным Yole, ожидается, что доля ADAS достигнет 41% в 2026 году.
В общем, радар работает, передавая сигнал, который отражается от объекта, чтобы определить его присутствие и дальность действия. Посылая сигнал с определенной частотой, система затем анализирует частоту возврата. Для ADAS разница между ними, включая возможный эффект Доплера, определяет положение, расстояние и скорость препятствий.
Радар также может сканировать окружающую среду. Поэтому он стал критически важным датчиком для таких приложений, как предотвращение столкновений, поскольку он работает в темноте и в неблагоприятных погодных условиях и является относительно недорогим.
Точно так же LiDAR — это сенсорное устройство. technology основная задача которого — обнаружение объектов и составление карты их расстояний. Это достигается путем освещения цели оптическим импульсом (длительность которого составляет от нескольких наносекунд до нескольких микросекунд) и измерения характеристик отраженного отраженного сигнала.
Ключевыми факторами для извлечения полезной информации из отраженных световых сигналов являются мощность импульса, время приема-передачи, фазовый сдвиг и ширина импульса. Несмотря на то, что доступно несколько различных типов LiDAR-систем, они могут быть сгруппированы в две категории по типу управления лучом: механические и оптические LiDAR.
Механический LiDAR основан на высококачественной оптике и вращающемся узле для создания широкого поля обзора (FoV) до 360 °. Соответствующее отношение сигнал / шум довольно хорошее для поля зрения, но решение громоздкое и тяжелое. С другой стороны, твердотельные LiDAR не имеют вращающихся механических частей, что обеспечивает высокую степень надежности. Несмотря на то, что их поле зрения уменьшено, есть способ преодолеть это ограничение.
Аналитики Yole ожидают, что рынок ADAS достигнет более 60 миллиардов долларов в 2026 году со средним годовым темпом роста 6.5% с 2020 по 2026 год в рамках отрасли автомобильной связи, автономных систем, совместного использования / подписки и электрификации (CASE), т. Е. прогнозируется до 318 миллиардов долларов к 2035 году.
Ключевым драйвером этого роста являются постоянные инновации и интеграция новых функций. В качестве примера Йоле сказал, что с тех пор, как в 80 году был представлен 3D-LiDAR в реальном времени от Velodyne, было создано более 2005 компаний, работающих с LiDAR, и многие из них основаны на новых технологиях.
Щелкните, чтобы увеличить изображение. (Источник: Yole)
Настоящий твердотельный радар
Одно из таких нововведений - технология твердотельного LiDAR от компании Ксеноматикс, предназначенный для ADAS и автономного вождения. В этом новом решении используется принципиально иной подход по сравнению с обычными оптическими LiDAR, которые используют последовательные измерения, чтобы направить лазерный свет в одном направлении, выполнить измерение и затем перейти к следующему положению. Они шаг за шагом измеряют и фиксируют окружающий сценарий.
Вся сцена может быть обнаружена «одной вспышкой» без ограничений меньшего диапазона или высокой мощности, с дальностью более 200 метров и нормальным энергопотреблением. В отличие от сканирующих LiDAR, облака точек с высоким разрешением не нуждаются в последующей обработке для пространственно-временной коррекции, что обеспечивает гораздо более высокую частоту кадров и лучшую коррекцию.
В результате LiDAR XenomatiX не должен двигаться очень быстро, как это делают обычные оптические системы «наведи и измерь». Поскольку сцена измеряется путем одновременной передачи всех лучей без выполнения какого-либо сканирования, у системы есть больше времени для обработки сетки точек измерения с высоким разрешением.
Сегодня многие системы LiDAR являются механическими, хотя наблюдается большая тенденция к использованию твердотельных технологий. Они используют прядильные головки, что приводит к громоздким, тяжелым и дорогим решениям. Чтобы преодолеть эти ограничения, были приняты такие технологии, как колеблющиеся зеркала, чтобы уменьшить размер решения. Однако это все еще остается механическим устройством.
Компания XenomatiX, основанная в 2013 году со штаб-квартирой в Лёвене, Бельгия, ввела термин «истинный» для обозначения твердотельных LiDAR-систем, построенных с использованием Полупроводниковоена основе лазерного источника и детектора и без сканирования или движущихся частей. Подход компании - это решение для сканирования во время движения, так как он устраняет задержку, вызванную сканированием датчиков, когда они перемещаются по своей схеме сканирования.
Эта концепция хорошо подходит для автомобильных приложений, так как устраняет необходимость в компенсации движения: все лучи направляются в одно и то же время, захватывая все точки одновременно через глобальный затвор.
Конструкция твердотельного LiDAR XenoLidar-X эффективна во всех сценариях, в которых освещение и погодные условия могут сильно различаться. Твердотельное решение XenomatiX нового поколения включает 15,000 0.15 лазерных лучей, проецируемых одновременно, что улучшает разрешение до уровня XNUMX ° по горизонтали и вертикали, что соответствует наиболее строгим требованиям сегодняшнего рынка.
XenoLidar-X LiDAR от XenomatiX (Источник: XenomatiX)
В своих твердотельных LiDAR XenomatiX использует лазеры с поверхностным излучением с вертикальным резонатором (VCSEL), которые представляют собой чрезвычайно маломощные лазерные источники, которые обеспечивают очень хорошую долговечность и срок службы, намного лучше, чем традиционные диодные лазеры.
Решения компании известны как 6D LiDAR, что означает, что они обеспечивают два типа выходов с идеальным наложением. Первый - это облако точек, трехмерная геометрия, включающая все обнаруженные лазерные пятна. Второй - визуальное 3D-изображение камеры. Его можно рассматривать как LiDAR со встроенной камерой или как камеру с характеристиками LiDAR и без ошибки параллакса. Наличие избыточных данных позволяет объединить сенсоры, предоставляя дополнительную информацию, которая поддерживает приложения безопасности. Шестое измерение - это отражательная способность объектов, основанная на количестве возвращенного лазерного света.
Специально разработанный детектор CMOS, который может работать в 2D или 3D режимах, использует собственные алгоритмы AI для обработки визуального изображения или облака точек.
XenomatiX называет это четырехмерным ИИ, что означает, что он выполняет распознавание образов в четырехмерном пространстве, где координаты x, y и z комбинируются с интенсивностью отраженного лазерного луча. Датчик предназначен также для работы в качестве детектора в 4D-режиме при выключенном лазере. Если лазер включен, система может использовать одни и те же пиксели для выполнения трехмерных измерений и создания трехмерного облака точек.
Твердотельные LiDAR также обеспечивают отличную надежность, что является ключевым фактором в автомобильных приложениях. Фактически, среднее время наработки на отказ очень хорошее из-за отсутствия движущихся частей, использования лазеров VCSEL (которые являются лазерами с большим сроком службы) и развитости технологии CMOS.
Помимо автомобильных приложений, технология LiDAR может использоваться для трехмерной аэрофотосъемки и географических карт, систем безопасности на заводах, интеллектуальных боеприпасов и анализа газов.
Микросхема радара 4D-изображения
Улучшение «глаз» ADAS выходит за рамки LiDAR и включает новые датчики, способные обрабатывать сложные сценарии вождения, или то, что называется уровнем 4, или высокой степенью автоматизации.
Среди разработчиков есть Вайяр Имиджинг, израильский специалист по сенсорам. Платформа XRR компании для ADAS представляет собой один чип радара с 4D-изображением с дальностью действия до 300 метров. Микросхема радара также обеспечивает поле зрения 180 °, не требуя использования внешнего процессора.
Функция 4D относится к способности чипа измерять расстояние и относительную скорость, а также азимут объектов и их высоту относительно уровня дороги.
Массив MIMO с 48 антеннами поддерживает новую платформу, которая также соответствует требованиям AEC-Q100 и ASIL-B. Считается, что RFIC устраняет необходимость во внешних устройствах, таких как датчики LiDAR, сокращая затраты на кабели, энергопотребление и усилия по интеграции.
Многодиапазонный чип XRR работает в диапазонах радаров от 76 до 81 ГГц и может различать статические препятствия, такие как разделители, бордюры и припаркованные автомобили, а также движущиеся автомобили и другие опасности.
В условиях низкой скорости, например на стоянках, чип сканирует окрестности на предмет пешеходов и препятствий, используя радиолокационное обнаружение на сверхкоротких и ближних дистанциях. На больших расстояниях чип радара позволяет использовать такие приложения ADAS, как адаптивный круиз-контроль, обнаружение слепых зон, предупреждение о столкновении, предупреждение о перекрестном движении и автономное экстренное торможение.
Плата с чипом XRR Vayyar (Источник: Vayyar Imaging)
Радар 4D-изображения обеспечивает почти 500 виртуальных каналов (в отличие от одного канала в традиционных радарах). В отличие от камер и LiDAR, радар 4D-изображения работает в любых условиях, включая туман, сильный дождь и ночью. Его более длинный диапазон отвечает требованиям более высокого уровня автоматизации транспортных средств. Радар также фиксирует доплеровские сдвиги, которые определяют, движется ли объект к автомобилю или прочь.
Кроме того, в отличие от камер и LiDAR, радар с 4D-изображением использует эхолокацию и принцип измерения времени пролета для сканирования окружающей среды. Наряду с 300-метровым диапазоном радар также хорошо работает в метель, когда получение изображений очень затруднено.
Датчик 4D использует временные переменные для анализа трехмерной среды на предмет высоты. Это может помочь обнаружить и идентифицировать неподвижные объекты вдоль проезжей части.
Возможность сканировать придорожную среду вокруг транспортного средства с повышенной точностью и четкостью позволит бортовой электронике интерпретировать большие объемы данных, что потребует более высоких скоростей обработки для приложения ADAS. В результате, по словам Вайяра, повышается надежность.
Радиолокатор на кристалле компании также включает в себя внутренний DSP и MCU для обработки сигналов в реальном времени без необходимости во внешнем процессоре.