Компания Quanergy анонсировала последние обновления своего твердотельного лидара, в котором используются оптические фазированные антенные решетки (ОФАР) в КМОП-совместимых кремниевых фотонных ИС. Дальность действия нового продукта Quanergy составила около 100 м, к концу 2021 г. планируется достичь 200‑метровой дальности.

В основе лидаров лежит метод обнаружения, который путем передачи маломощных лазерных импульсов измеряет время, необходимое лазеру для достижения цели и возврата на датчик. Полученные таким образом агрегированные данные используются для создания трехмерного изображения облака точек, предоставляя информацию о пространственном местоположении и глубине для идентификации, классификации и отслеживания движущихся объектов. Quanergy Systems предоставляет лидарные датчики и интеллектуальные решения для обнаружения, отслеживания и классификации трехмерных объектов в реальном времени, а также использует в своих продуктах как сканирующие, так и твердотельные технологии.

Автомобильная промышленность ставит перед производителями лидаров сложные задачи – ​например, обнаружить некий трудноразличимый объект на расстоянии 150 м, чтобы беспилотный автомобиль смог избежать столкновения. Кроме того, лидарные датчики должны обладать высокой устойчивостью к вибрации и очень низкой ценой – ​настолько, чтобы быть доступными для повседневных легковых автомобилей.

Оптическая фазированная антенная решетка (ОФАР) представляет собой оптический аналог РЛС с фазированной антенной решеткой. Она имеет несколько стационарных антенных элементов, на которые подаются когерентные сигналы одинаковой интенсивности и которые используют управление переменной фазой или временной задержкой на каждом элементе, чтобы генерировать произвольную диаграмму направленности в дальней зоне и перемещать ее в пространстве. Технология ОФАР успешно продемонстрировала низкозатратное крупномасштабное коммерческое использование в автомобильных радарах, в значительной степени благодаря тому, что радары сделали революционный шаг от механических к твердотельным.

Последние достижения фирмы Quanergy в технологии ОФАР продемонстрировали высокие уровни производительности для мобильных приложений. На данный момент достигнута дальность действия 100 м. Новая итерация излучателя и детекторного чипа, которая появится в 2021 г., обеспечит дальность обнаружения более 150 м для цели с 10%-ной отражательной способностью в условиях яркого солнечного света.

Поскольку в нем нет движущихся частей, твердотельный лидар на основе ОФАР более прочен и надежен, чем механический лидар. Кроме того, он обеспечивает быстрое сканирование, имеет небольшой размер и более низкую цену. Платформа твердотельного лидара становится основой для окончательной демократизации лидаров с точки зрения низкой стоимости и высокой надежности.

Принцип, на котором основан лидар, – ​измерение пролетного времени (ToF), которое представляет собой время, необходимое объекту, частице или электромагнитной волне, чтобы пройти определенное расстояние через среду. ToF отличается от метода FMCW (частотно--модулированная непрерывная волна), измеряющего расстояние на основе фазового сдвига, которому подвергается отраженный сигнал относительно переданного сигнала (эффект Доплера). Хотя FMCW-лидары существуют уже давно (первые исследования начались через несколько лет после открытия лазера), ToF-лидары предлагают превосходные характеристики благодаря очень быстрой передаче лазерных импульсов (несколько миллионов импульсов в секунду), быстрому сканированию, более высокой амплитуде отраженного сигнала и возможности получения интересующих оператора областей с высокой плотностью изображения.

Обнаружение, сбор, классификация и отслеживание удаленных объектов сильно зависят от частоты передаваемых импульсов: более высокая плотность лазерных импульсов (распределенных в пространстве и времени) предоставляет больше информации, что позволяет сократить время обнаружения и улучшить уровень шума. В отличие от оптических систем на основе камер лидар способен работать в жестких условиях окружающей среды и освещенности, включая сильный дождь или глубокую ночь. Кроме того, лидарные датчики обеспечивают высокую точность и отличное угловое разрешение, что делает эту технологию пригодной для таких приложений, как картография, умные города, интеллектуальные пространства, безопасность, промышленная автоматизация, автономные транспортные средства.

В сканирующих лидарах осуществляется механическое вращение сенсора, обеспечивающее поле обзора в 360°. Эта технология отличается высокой скоростью сканирования и очень безопасна даже при использовании лазеров большой мощности, поскольку свет передается не только в одном направлении. Твердотельный лидар Quanergy использует ОФАР в КМОП-совместимых кремниевых фотонных интегральных схемах (PIC). Технология оптических ФАР обеспечивает электронное формирование луча и управление, которое достигается за счет интерференции световых лучей, излучаемых большим количеством фазоуправляемых оптических антенных элементов. После испускания этот направленный луч попадает на объекты на пути лучей, а затем отражается обратно. Отраженный луч принимается и обрабатывается для измерения времени пролета, что позволяет выполнять трехмерное картирование в реальном времени, обнаруживать, классифицировать и отслеживать объекты. Ряд таких лидарных датчиков могут быть интегрированы в конструкцию любого транспортного средства, обеспечивая при необходимости 360‑градусный обзор.

Quanergy, известная своими лидарами на основе ФАР, предлагает портфель продуктов, включающий аппаратные датчики и ПО для трехмерного восприятия. Датчики Quanergy и программные технологии интеллектуального восприятия на основе ИИ можно объединять для создания сложных решений (см. рисунок).

Источник: Quanergy

Динамика работ фирмы Quanergy в области лидаров на ФАР

Di Paolo Emilio Maurizio. Quanergy Optimizes Optical Phased Array Lidar. EE Times, March 2, 2021: https://www.eetimes.com/quanergy--optimizes-optical--phased-array--lidar/