在無人駕駛或自動駕駛技術中，雷達是核心傳感器件之一。它的發(fā)展毫無疑問決定了無人駕駛技術的落地速率。最近，美國國防部先進項目研究局(DARPA)研發(fā)出了一種新型的芯片式激光雷達，號稱成本更低、效率更高，而且從名稱上就可以看出來，它小到可以被放到微型芯片上，應用范圍更廣。那么，這一芯片式激光雷達到底是個什么東東?
我們平時所說的雷達，從發(fā)射源上可分為兩種：Radar和Lidar。Radar(RadioDetection & Ranging)是一種使用無線電作為其能量源的傳感器，主要用于探測目標物體是否存在并確定目標距離和角度位置。Lidar(Light Detection & Ranging)是一種激光器作為輻射源的雷達，是激光技術與雷達技術相結合的產物。激光因其方向性好、探測距離精度高的特點，在軍事和商業(yè)上越來越受到重視。
車載雷達如果用的是Radar，多可藏在汽車的保險杠后，或是嵌入到車體外殼里。但是對于以激光器作為發(fā)射源的雷達Lidar，大都基于簡單的機械轉動裝置，這個裝置往往過于笨重，就像在車頂?shù)箍哿艘粋€“水桶”一樣。
因此，近10年來，在自動駕駛汽車激光雷達傳感器的選配方面，國內外高校和科研機構多選擇使用美國Velodyne公司生產的車載64線激光雷達，它能對本車周邊半徑70米范圍內的環(huán)境進行三維掃描，以3D激光點云的方式呈現(xiàn)，給予自動駕駛汽車的智能決策系統(tǒng)提供周圍環(huán)境最原始的判斷依據(jù)。但由于其體積大且價格比較昂貴(約合人民幣70萬元)，汽車廠商是基本不會選擇使用64線激光雷達的傳感器配置方案，而是選擇使用低成本的毫米波雷達加立體視覺的解決方案。
毫米波雷達加立體視覺的傳感器解決方案可以把硬件成本控制在10萬元(人民幣)以內，不到64線激光雷達價格的1/7，但是依靠多攝像頭進行車輛自身定位和周邊障礙物的檢測及位置估計，在算法實現(xiàn)上較激光雷達來得復雜，實時性和可靠性也有待提高。
日前，美國國防部先進項目研究局(DARPA)研發(fā)出了一種新型的芯片式激光雷達，不僅體積小，而且成本低、效率高，芯片上的微型激光掃描儀可以輔助自動駕駛汽車精確感知周邊環(huán)境、提高車輛自身的定位精度、實時快速地檢測附近的動/靜態(tài)障礙物等等。DARPA將該芯片式激光雷達命名為Sweeper(Short-range Wide-field-of-viewExtremely agile Electronically steered Photonic EmitteR，短距、寬視場、極度靈敏的電子掃描光學發(fā)射器)，它每秒鐘的發(fā)射頻率是100,000Hz，比目前最快的激光器還快10,000倍。
試驗證實，Sweeper水平掃描角度能達到51度，雖然相比于VelodyneHDL 64線激光雷達的360度水平角要小很多，但它已經是目前微型激光掃描儀所能達到的最廣水平視野范圍了。如果想要得到周邊360度的全景覆蓋，可以用多個這樣的微型激光掃描儀通過安裝在不同位置，選取不同的傾斜角度，對周邊環(huán)境進行掃描，然后通過激光器的標定進行數(shù)據(jù)融合，最后將掃描數(shù)據(jù)整合到1張全景圖中。
據(jù)介紹，這種新型的激光雷達小到可以被放到微型芯片上，且它對激光束的控制不依賴于任何的機械轉動裝置，而是使用許多微型的發(fā)射器陣列，根據(jù)光學相控陣列的原理，通過對所發(fā)射激光束與其他激光束的疊加或抵消，來形成指向特定方向的激光束。研究人員開發(fā)了有史以來最復雜的二維光學相控陣列，將光學和電子器件集成到了一塊單獨的芯片上，該陣列能產生高分辨率的光束方向圖，將來可能會為環(huán)境感知和三維成像領域帶來革命性的進步。
DARPA研發(fā)低成本、小體積、高效率的芯片式激光雷達有望進一步促進自動駕駛汽車和智能機器人的商業(yè)化前景。當然，除了車載激光雷達之外，該芯片式激光器還可用于自主導航、檢測發(fā)現(xiàn)生化武器、目標的精確打擊、生物醫(yī)學成像，三維全息影像和超高速率數(shù)據(jù)通信等其他軍事和商業(yè)化技術應用領域。
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