固态激光雷达：汽车感知的可靠可扩展方案

比利时鲁汶的XenomatiX提供其所谓的“真固态激光雷达传感器”，结合多光束激光架构与无风险、可扩展的半导体技术。

ADAS和自动驾驶等高级汽车应用需要高性能测距和物体检测。激光雷达——也称飞行时间（ToF）或激光雷达——通过发射精确光脉冲并测量回波信号满足这一需求。关键参数包括脉冲功率、往返时间、相移和脉冲宽度。

激光雷达系统主要分两类：机械式和光学式。机械式利用旋转头实现宽视场（达360°）和优异信噪比，但体积大、重量重。固态激光雷达消除运动部件，提供更高可靠性和更小尺寸，但传统上以视场较窄为代价。XenomatiX通过多光束策略克服了这一限制。

本文探讨XenomatiX的“真固态”技术，适用于ADAS、自动驾驶及其他路侧应用。激光雷达的通用性延伸至3D测绘、工厂安全系统、智能弹药和气体分析。

XenomatiX的方案

当前大多数激光雷达方案为机械式，依赖旋转头，笨重、昂贵且易机械故障。振荡镜虽减小尺寸，仍涉及运动部件。XenomatiX的理念简单：汽车感知中唯一的运动部件应是车辆本身。

在接受《EE Times Europe》采访时，CEO Filip Geuens解释：“汽车需求在于成本、尺寸、可靠性。选择激光雷达技术需平衡这三因素。临时激光二极管和运动部件不是未来。”

XenomatiX成立于2013年，总部位于比利时鲁汶，创造“真一词以区分使用半导体激光源和探测器、无任何扫描或运动部件的固态激光雷达系统。传统光学激光雷达按顺序发射单光束、测量、再移向下一方向；XenomatiX系统同时发射数千光束。

Geuens表示：“消除扫描机构并引入多光束架构，实现了我们所谓的真创新。全景一次闪光捕获，可达200米以上测距，且功耗正常。”

因采用全局快门模式——单帧捕获全景——系统免疫运动模糊，无需发射纳秒脉冲的超快激光驱动器。

无需快速扫描，XenomatiX激光雷达拥有更长处理时间窗口，无需时空校正或后处理即可获得高分辨率点云，从而实现更高帧率和精度。

XenoLidar-X（见图1）是独立的无运动部件方案，适用于自动驾驶和工业用途。它同时投射15,000条激光束，水平和垂直分辨率均达0.15°，满足最苛刻市场需求。

图1：XenoLidar-X（固态）

XenomatiX固态激光雷达采用垂直腔面发射激光器（VCSEL），相比传统二极管激光器功耗更低、耐用性更优。

Geuens说：“因为我们能花更多时间测量，仍能分配足够能量实现远距离探测。”

这些激光雷达被归类为6D传感器，提供完美重叠的点云和2D视觉图像。这种固有相机集成消除视差误差，为安全应用的稳健传感器融合提供互补数据。第六维度是反射率，源自返回激光信号强度。

Geuens强调定制CMOS探测器：“我们设计的像素如同3D相机，给出每个点的坐标。也能以2D模式工作，输出视觉图像。点云和图像发送至车辆ECU，专有AI算法检测自由空间和物体。”

系统的四维AI处理结合强度的3D空间模式，实现强大识别能力。激光关闭时，像素作普通相机；激光开启时，捕获3D数据。

固态激光雷达提供卓越可靠性——对汽车用途至关重要。因无运动部件、长寿命VCSEL和成熟CMOS技术，平均故障间隔时间（MTBF）高。

虽旋转激光雷达天然提供360°覆盖，但XenomatiX通过组合多模块实现宽视场。在车辆角落布置单元可消除盲区。

凭借灵活模块化设计，XenomatiX提供小巧、轻量、面向未来的传感器，易于集成至挡风玻璃、后窗、格栅、大灯、尾灯和保险杠。公司与Tier 1供应商——AGC、Marelli、Kautex等合作，开发可定制的模块化方案，无缝融入汽车架构。

→ 本文最初发表于我们的姊妹网站EE Times Europe。

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