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一文了解激光雷达常见术语

随着自动驾驶商业化和规模化的进一步落地,激光雷达作为自动驾驶和高级驾驶辅助系统的核心硬件之一,也迎来了发展新机遇。据相关数据显示,激光雷达整体市场正在迎来高速发展,预计2023年全球搭载激光雷达的车辆就将突破30万台,2025年全球市场规模将达到135.4亿美元(约合870亿元人民币),前景十分可期。今天带大家了解一下激光雷达的专业术语。


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1、名称相关术语



2D激光雷达:一般指单线激光雷达,能够获取某单一视场角水平面上的目标物方位信息,以及目标物在径向上的距离信息。
3D激光雷达:一般指多线激光雷达,能够获取多个不同视场角水平面上的目标物方位信息,以及目标物在径向上的距离信息。


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先锋3D激光雷达传感器


机械激光雷达:机械激光雷达,是指其发射系统和接收系统存在宏观意义上的转动,也就是通过不断旋转发射头,将速度更快、发射更准的激光从“线”变成“面”,并在竖直方向上排布多束激光,形成多个面,达到动态扫描并动态接收信息的目的。

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Velodyne生产的第一代机械激光雷达(HDL-64E)


FMCW激光雷达:FMCW为 Frequency Modulated Conimuous Wave的简称,即调频连续波技术。FMCW激光雷达指利用调频连续波技术进行相干探测的激光雷达系统。


图片Insight LiDAR推出的基于调频连续波(FMCW)技术的激光雷达



MEMS微振镜:MEMS为 Micro-lectro-Mechanical System的简称,即微机电系统。MEMS微振镜为采用MEMS技术制造的谐振式扫描镜,把微型反射镜、MEMS驱动器、MEMS传感器集成在一起的光学微机电器件。
固态激光雷达:固态激光雷达是指完全没有移动部件的激光雷达,根据技术路线,主要包括光相控阵(OPA)和 Flash 两种。
OPA:Optical Phase Array的简称,即光学相控阵,通过对阵列移相器中每个移相器相位的调节,利用干涉原理(类似的是两圈水波相互叠加后,有的方向会相互抵消,有的会相互增强))实现激光按照特定方向发射的技术。


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Flash固态激光雷达:Flash原本的意思为快闪。而Flash激光雷达的原理也是快闪,不像MEMS或OPA的方案会去进行扫描,而是短时间直接发射出一大片覆盖探测区域的激光,再以高度灵敏的接收器,来完成对环境周围图像的绘制。因此,Flash固态激光雷达属于非扫描式雷达,发射面阵光,是以2维或3维图像为重点输出内容的激光雷达。某种意义上,它有些类似于黑夜中的照相机,光源由自己主动发出。


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激光雷达线数:一般指激光雷达垂直方向上的测量线的数量,对于一定的角度范围,线数越多代表角度分辨率越高,对目标物的细节分 辨能力越强。



2、激光器相关术语


激光器:封装指晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程,测试指封装后的测试过程。

      图片图摄于光博会瑞欣峰电子展台



EEL:Ede Emiting Laser的简称,即边发射激光器。是一种激光发射方向平行于晶圆表面的半导体激光器。
VCSEL:Vertical Cavity Surface Emtting Laser的简称,即垂直腔面发射激光器。是一种激光发射方向垂直于晶圆表面的半导体激光器。
发光效率:激光器的电光转换效率。
外腔激光器:一种特殊结构的激光器,在普通激光器谐振器的基础上增加一段不含增益的谐振器结构,可以实现相比于普通激光器更优的性能,如线宽更窄等。




3、探测器相关术语



探测器:利用光电效应将光信号转化为电信号,实现对光信号进行探测的装置。
APD :Avalanche Photo Diode 的简称,即雪崩式光电二极管,工作在线性增益范围。
SPAD:Singlc Photon Avalanche Diode 的简称,即单光子雪崩二极管, 工作在盖革模式,具有单光子探测能力。
SiPM:Sitcon Photo-Mutiplier的简称,即硅光电倍增管。集成了成百上千个单光子雪崩二极管的光电探测器件。
PDE :Photon Detection Eficiency 的简称,即光子检测效率。定义为探测计数除以入射光子数,用来表征单光子探测器的探测效率。
平衡光探测器:通过将两个性能参数一致的探测器连接以达到消除共模噪声的一种探测器。
TIA:Trans-mpeanc Amplificr的简称,即跨阻放大器。用于APD 后,将电流信号转化为电压信号,并进行信号放大的器件。
分立器件:功能单一的独立组件。分立器件与集成电路、传感器、光器件一并为半导体的4大分类。
寄生参数:在物理实现电子电路或设备的互连线路时,产生的非理想参量,主要包括寄生电容、寄生电阻、寄生电感等。
调制器:利用器件的电光效应将信号调制到光载波上,可以实现按照特殊规律变化输出光信号的器件。
线性调频光源:不同于固定波长的光源,通过对光源施加一定的变化,使得光源输出的光频率随施加的物理量线性变化。
硅光技术:利用硅基平台制备集成光电子器件的技术,相比于传统的分立器件或者其他半导体平台制备的光学组件具有成本、集成度、可靠性等方面的优势。




4、芯片相关术语



芯片封装及测试:封装指晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程,测试指封装后的测试过程。
IC、集成电路、芯片:Integrated Circuit的简称,是一种微型电子器件或部件。采用半导体制造工艺,把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等组件及它们之间的连接导线全部制作在一小块半导体芯片如硅片或介质基片上,然后焊接封装在一个管壳内,成为具有所需电路功能的电子器件。


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SPAD阵列探测芯片 图源芯辉科技



激光雷达专用芯片:针对激光雷达应用设计开发的能够完成特定功能的芯片,具有很强的专用性。
多通道模拟前端芯片:集成多通道跨阻放大器和高速模拟开关的专用芯片,具有各通道偏压独立可调、安全监控和保护、饱和信号优化等功能。
SoC:SoC为System on Chip的简称,即片上系统芯片。单片集成探测器、前端电路、波形数字化、波形算法处理等模块,能够实现光子输入、点云输出
晶圆:制造集成电路芯片的衬底。由于是晶体材料,其形状为圆形, 故称为晶圆。按其直径主要分为4英寸、5英寸、6英寸、8 英寸、12英寸等规格。
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Foundry:晶圆代工厂,专门负责生产芯片,不负责芯片设计,可同时 ,为多家设计公司提供服务,如台积电、中芯国际等。
CMOS工艺:制造互补金属氧化物半导体的生产工艺。




5、测量标的相关术语



车规级:符合汽车要求的产品标准,包括环境要求、安全要求等。
可靠性:一般指产品可靠性,是组件、产品、系统在一定时间内、在一定条件下无故障地执行指定功能的能力或可能性,
安全性:产品在使用、储运、销售等过程中,保障人体健康和人身、财产安全免受伤害或损失的能力或可能性,包括功能安全、网络安全、激光安全等。
ToF测距法:Time of Flight,即飞行时间测距法。通过记录发射一束激光脉冲与探测器接收到回波信号的时间差,直接计算目标物与传感器之间距离的探测方法。


图片         TOF基本测距原理 图源力策科技官网


三角测距法:系统以一定角度发射的激光照射在目标物后,在另一角度对反射光进行成像,根据物体在摄像头感光面上的位置通过三角几何原理推导出目标物距离的探测方法。

      

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三角测距基本原理 图源力策科技官网



测远能力:一般指激光雷达对于10%低反射率目标物的最远探测距离。
最近测量距离:激光雷达能够输出可靠探测数据的最近距离。
测距盲区:从激光雷达外罩到最近测量距离之间的范围,这段距离内激光雷达无法获取有效的测量信号,无法对目标物信息进行反馈。
角度盲区:激光雷达视场角范围没有覆盖的区域,系统无法获取这些区域内的目标物信息。
角度分辨率:激光雷达相邻两个探测点之间的角度间隔,分为水平角度分辨率与垂直角度分辨率。相邻探测点之间角度间隔越小,对目标物的细节分辨能力越强。
测距精度:激光雷达对同一距离下的物体多次测试所得数据之间的一致程度,精度越高表示测量的随机误差越小。
测距准度:激光雷达探测得到距离数据与真值之间的差距,准度越高表示测量结果与真实数据符合程度越高。
点频:激光雷达每秒完成探测并获取的探测点的数目。
抗干扰:激光雷达对工作同一环境下、采用相同激光波段的其他激光雷达的干扰信号的抵抗能力,抗干扰能力越强说明在多台激光雷达共同工作的条件下产生的噪点率越低
功耗:激光雷达系统工作状态下所消耗的电功率。
多传感器标定:将多传感器得到的各自局部空间坐标下的测量数据转换到 一个统一的空间坐标系的过程。




6、行规协会相关



AECQ:AEC为Automotive Electronics Council的简称,即汽车电子协会,AECQ指该协会制定的汽车电子零件的标准,通常包括:AEC-Q100、AEC-Q101、AEC-Q200等。
IPC:Istisue of rinted Circuits的简称,ssciaion Conecting Electronics Industries的前身,即国际电子工业联接协会。
USCAR:The United States Council for Automotive Rescarch 的简称,即美国汽车研究委员会。
ISO:International Organization for Standardization 的简称,即国际标准化组织。
IEC:Intenational Electrotechnica Commission的简称,即国际电工委员会。
SAE:Society of Automotive Egineers的简称,即美国机动车工程师学会。
GB:国标的简称,中华人民共和国国家标准。
FMEA:Faiure Mde and ficts Analysis的简称,即失效模式与影响分析。是在产品设计阶段和过程设计阶段,对构成产品的子系统、零件,对构成过程的各个工序逐一进行分析,找出所有潜在的失效模式,并分析其可能的后果,从而预先采取必要的措施,以提高产品的质量和可靠性的系统化的工作。
FTA:Faul trec Aalysis的简称,即故障树分析。主要用在安全工程以及可靠度工程领域,用来了解系统失效的原因,并且找到最好的方式降低风险,或确认某一安全事故或特定系统失效的发生率。
FMEDA:Failure Modes ficts and Diagnostic Analysis的简称,即失效模式影响和诊断分析。对功能安全产品的失效风险、是否可诊断进行定性分析,同时也为平均失效概率和安全完整性等 级的计算提供数据依据。
STPA:Systems-Theoretic Process Analysis的简称,即系统理论的过程分析。是一种主动分析方法,可分析开发过程中事故的潜在原因,从而消除或控制危险源。
激光产品等级认证:通常使用IEC/EN60825-1标准,即国际电工委员会/欧盟激光产品-安全等级认证。
IECEx:IEC Scheme for Certification to Standards for Electrical Equipnen or Exlosive Atmospheres 的简称,即国际电工委员会防爆电气产品认证体系。
FCC:Federal Communications Commission的简称,电子电器设备进入美国市场需要符合FCC认证。


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ATEX:ATmosphdesEXplosibese 的简称,即欧盟发布的《潜在爆炸环境用的设备及保护系统指令》。
CE-EMC:Conformite Europeenne - Electro Magnetic Compatibility 的简称,即欧盟发布的《电磁兼容性指令》。



如有遗漏欢迎补充,为促进行业发展,艾邦智能汽车俱乐部建有激光雷达产业链微信群和产业通讯录,邀请激光雷达、光学器件、传感器、激光器、雷达罩、主机厂、芯片、自动化、塑料等厂商加入


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