車用LiDAR是什麼？如何運作？

作者 : Bonnie Baker，Maxim Integrated首席撰稿人

汽車LiDAR系統使用脈衝雷射光，以測量兩輛車之間的距離。汽車系統利用LiDAR來控制車速和煞車系統，從而回應交通狀況的突然變化...

什麼是「光達」(light detection and ranging；LiDAR)？LiDAR結合雷達測距功能以及攝影機的角解析度，提供準確的深度感知，從而完成影像感測(圖1)。

圖1：攝影機、雷達和光達，是汽車自動駕駛的三種首選技術。(資料來源：Analog Devices Inc.)

視覺部份代表攝影機或駕駛人的可視能力、物體分類以及橫向解析度。黑暗以及下雪、灰塵或陰雨等天氣情況會削弱這些能力。雷達部份代表了發射的射頻(RF)訊號之返回。這種訊號不受天氣狀況和黑暗的影響，同時還可測量距離。LiDAR部份可透過提供進一步的物件分類、橫向解析度、測距和黑暗滲透來完成圖片感測。

LiDAR如何運作？

LiDAR系統的基本要素包括方波發射系統、目標環境，以及用來解釋環境中外部元素距離的光接收器系統。LiDAR感測方法採用脈衝雷射形式的光，透過分析返回訊號的飛行時間(time-of-flight；ToF)以測量範圍(圖2)。

圖2：每個LiDAR發射單元都有一個三角形「視場」。(圖片來源：Bonnie Baker)

距離的繪製取決於光數位訊號。

數位域中的訊號

LiDAR電路解決方案透過汽車互跨阻放大器，以解決訊號接收的問題。其輸入級用於接受光電探測器的負向輸入電流脈衝(圖3)。

圖 3：LiDAR的電子部份包括一個雷射二極體發射器，以及兩個光電二極體接收器。(圖片來源：Bonnie Baker)

雷射二極體透過一塊玻璃來傳輸數位脈衝訊號。該訊號也會反射到D₂光電二極體上。該訊號的處理提供了傳輸時間以及系統中內建的電子延遲。

數位光訊號脈衝射出到物件後會反射回光學系統。返回的脈衝會鏡像到第二個光電二極體D₁。D₁訊號路徑的電子部份與D₂訊號路徑相同。兩個訊號到達微控制器(MCU)後即可計算出飛行時間。

市場動態

汽車LiDAR系統使用脈衝雷射光，以測量兩輛車之間的距離。汽車系統利用LiDAR來控制車速和煞車系統，從而回應交通狀況的突然變化。LiDAR在碰撞警告和避讓系統、車道保持輔助、車道偏離警告、盲點監測和自動駕駛巡航控制等半自動或全自動車輛輔助工具中發揮重要作用。車用LiDAR正在取代早期汽車自動化系統中的雷達系統。LDAR系統的測距範圍可從幾公尺到1,000公尺以上。