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LeddarTech数字光束操纵技术引领激光雷达性能飞跃
2022-08-11 20:25:55 来源：麦姆斯咨询评论：0 点击：

LeddarSteer是一种可将短程、窄视场角、低分辨率激光雷达转换为远程、宽视场角、高分辨率激光雷达的领先光束操纵技术。LeddarTech提供LeddarSteer评估套件，使客户能够在独立平台上测试LeddarSteer各项功能，并能够在激光雷达设计开发中集成LeddarSteer技术。

时代发展瞬息万变，技术进步为世界带来无尽的可能性。20世纪，列车时速还不到100公里/小时，如今上海磁悬浮列车的时速已达到460公里/小时。21世纪初，1200万像素的摄像头被认为是顶尖技术，如今的华为P40智能手机已拥有超5000万像素的超感知摄像头。纵观当前激光雷达（LiDAR）技术的发展趋势，短程、低分辨率和/或窄视场角（FoV）是其主要瓶颈。据麦姆斯咨询报道，近期，LeddarTech光束操纵技术LeddarSteer™改变了这一局面，助力实现远程、高分辨率和宽视场角的激光雷达。

LeddarSteer是一种汽车级固态数字光束操纵技术，广泛适用于激光雷达制造商、1-2级汽车供应商和系统集成商的激光雷达产品。通过巧妙运用液晶和光偏振效应，LeddarSteer能够实现：
• 提升信噪比、增加激光雷达测距范围
• 提高并可以定制分辨率
• 减小激光雷达体积、降低成本、减化系统复杂性
• 更强的鲁棒性和可靠性，以及更高的MTBF（平均故障间隔时间）
• 扩展视场俯仰角和方位角；每轴可达120°
• 全面、动态地控制感兴趣区域

LeddarSteer扩大和分割视场角的能力

图1 LeddarSteer扩大和分割视场角的能力

LeddarSteer——激光雷达制造商的发展引擎

在激光雷达商业化部署过程中，规格、成本、外形尺寸、安全性和质量是激光雷达制造商须考虑的关键因素。数字光束操纵技术LeddarSteer可有效解决激光雷达制造商面临的以上问题。

激光雷达的三个关键参数分别是测距范围、分辨率和视场角。LeddarSteer可将整个视场分割成更小的感兴趣区域，并将激光信号定向在更小的区域，从而提升信噪比以及增大测距范围。这种方法的另一个好处是由于信号集中在更小的区域内，因此能够按需提高分辨率。大多数的光束操纵技术，例如微机电系统（MEMS）和光学相控阵（OPA），仅能提供60°的视场角，但是，LeddarSteer可提供横轴或纵轴高达120°的视场角。

其次，LeddarSteer通过分割视场角并单独寻址每个部分，大大降低了激光雷达的成本和外形尺寸。对于给定的视场角，传统激光雷达需要1 x 16阵列探测器，LeddarSteer使用1 x 4阵列探测器即可实现相同的视场角和特性，从而显著降低了成本并减小了尺寸。通常，高性能激光雷达非常昂贵，然而，LeddarSteer通过使激光雷达制造商能够继续使用其现有的2000像素系统，而非构建一个更新的、成本倍增的40000像素系统，从而降低了此类激光雷达的成本。此外，在更大的系统中，该技术优势将成倍增加，因为更多的分割数量会带来更优的成本因子和外形尺寸优势。

第三，与现有的光束操纵技术不同，LeddarSteer是利用液晶和光偏振效应而开发的纯固态技术，没有任何活动部件。LeddarSteer基于IATF-16949汽车质量管理体系标准开发，非常适用于车载激光雷达。同样，LeddarTech是一家通过ISO 9001认证的公司，拥有扎实的专业知识和规范的工作流程。多年来，LeddarTech凭借其在激光雷达技术方面的丰富经验、专业知识以及强大的专利组合，将最前沿的技术融入激光雷达商业化部署。

探寻LeddarSteer背后的技术

大多数物质以固态、液态或气态的状态存在。然而，在固态和液态之间存在另一种被称为液晶的状态。某些材料在适当的条件下（如温度和压力）会变成液晶。

构成光的电磁波能够在所有平面上振动。然而，极化电磁波在垂直于传播方向的两个平面（称为线偏振）或这些平面的组合（称为圆偏振）中振动。

液晶的一个特性是它们会改变偏振光的方向。虽然改变偏振光的方向方法有很多，例如通过扭曲向列型液晶，但LeddarTech通过使用两个基于液晶的组件完成两个不同任务来实现这一点。第一个组件是控制圆偏振方向的动态可控液晶单元层，第二个组件是无源液晶（偏振光栅），其中液晶分子的方向固定在一个模式中，如下图所示。

利用液晶和偏振光栅进行光束操纵的示意图

图2 利用液晶和偏振光栅进行光束操纵的示意图

当光通过第一层时，根据偏振方向的不同，圆偏振光被偏转到一个相反的角度。第二层是液晶组件，即偏振光栅，用于光偏转操纵。要改变光的方向，必须改变圆偏振。通过在该结构单元上施加电压，可以使影响偏振的液晶分子在任何时刻根据所需方向定向。

LeddarSteer开启空前灵活的激光雷达时代

LeddarSteer最独特的元素是其软件定义功能，可随时改变视场角中的感兴趣区域。该功能可实现动态性能调整，并允许一个传感器（激光雷达）处理多个应用场景，如转弯、出口、变道和斜坡。根据不同的应用需求，同一款LeddarSteer可用于不同城市和高速公路驾驶场景。

此外，LeddarSteer的灵活性能够扩展兼容以下项目：
• 其他光束操纵技术，例如MEMS和OPA
• 广泛的波长范围（NIR、SWIR、MWIR、LWIR）
• 多种测距方案，如ToF、Flash和FMCW激光雷达

LeddarSteer旨在根据客户实际应用需求为发射端和/或接收端赋能。

同一款激光雷达多种应用案例

图3 同一款激光雷达多种应用案例

结语

LeddarSteer是一种可将短程、窄视场角、低分辨率激光雷达转换为远程、宽视场角、高分辨率激光雷达的领先光束操纵技术。LeddarSteer使激光雷达制造商、1-2级汽车供应商和系统集成商能够通过分割视场角并提供光束操纵功能为每个具体应用提供灵活的解决方案，从而降低激光雷达成本、尺寸和设计复杂性。该技术能够对感兴趣区域进行动态调整，使激光雷达制造商开发一种激光雷达即可用于多个应用场景。此外，LeddarSteer还可以与现有的光束扫描技术（如MEMS或OPA）结合，实现实现单一/混合扫描。LeddarSteer兼容广泛的波长范围，可用于发射端和/或接收端。

目前，LeddarSteer光束操纵技术已经用于LiDAR XLRator™——它是由LeddarTech、意法半导体（STMicroelectronics）、艾迈斯欧司朗（ams OSRAM）、TE Connectivity（泰科电子）旗下公司First Sensor、瑞萨（Renesas）和Xilinx（赛灵思）共同开发的激光雷达开发平台。此外，LeddarTech还提供LeddarSteer评估套件，使客户能够在独立平台上测试LeddarSteer各项功能，并能够在激光雷达设计开发中集成LeddarSteer技术。

LeddarSteer评估板