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国产新型激光雷达的研发

作者:handler发布时间:2021-07-20 11:22点击:983

  近年来,随着自主驾驶、机器人等热门产业的兴起,推动了核心传感器的快速发展。其中,激光雷达由于其测量精度远高于毫米波雷达和其他标准雷达,使用环境也较少受到限制,成为谷歌、百度和宝马产品传感器的首选。本文以中国专利文摘数据库(cnabs)和外文数据库(ven)公开的专利文献(检索日期:2017年5月16日)为基础,对激光雷达的专利申请情况进行了统计分析,以期为国内新型激光雷达的研发提供参考。

  国内专利申请滞后

  通过专利检索,笔者发现国外激光雷达专利申请始于1959年,申请人来自德国。该专利申请用于军事领域的反坦克武器系统直到20世纪初,这项技术发展缓慢。2001年以来,国外激光雷达的专利申请数量迅速增长。每年的申请人数超过220人2013年至2015年,申请人数分别达到312人、395人和344人相比之下,2007年之前,中国激光雷达的专利申请数量并没有超过100件。然而,自2007年以来,专利申请数量直线上升,2015年和2016年分别达到607件和776件的峰值。可以看出,近年来国内对这项技术的应用数量超过了国外,这在一定程度上反映了国内企业和科研机构对激光雷达技术进行了大量的研究和开发。

  在申请人分布上,日产是提交专利申请最多的申请人,其次是三菱电子、电气设备有限公司、博世、欧姆龙等,均为世界著名的自动化控制和汽车电子设备制造商大多数提交的专利申请都支持基本专利可以说,基于这些企业相对完整的专利布局,激光雷达技术在一定程度上已经相当成熟,为国内企业创造了一定的技术壁垒。此外,虽然申请最多的都是日本汽车公司,但美国汽车公司和德国汽车公司(如Velodyne、Quanergy、GM、LBEO等)也有相当的技术实力。笔者发现,国内申请者主要集中在高校和研发机构,其中中国科学院上海光学与精密机械研究所、哈尔滨工业大学、武汉大学、中国科技大学,以及深圳镭智能系统有限公司、上海思兰科技有限公司等新企业是激光雷达技术的主要研发主体。

  研究成果需要市场检验

  作者发现,到2004为止,国外专利申请中所涉及的激光雷达大多是单束或多束机械旋转结构,主要是通过机械旋转部件带动激光发射和接收绕轴旋转,每一激光扫描一平面,实现全方位角检测。其中,吊具数量越多,激光雷达的测量精度和分辨率就越高,但同时体积也越大,价格也越高。从市场的角度来看,由于激光雷达价格高、体积大的缺点,导致激光雷达无法大规模应用。因此,低成本、小型化是新型激光雷达的关键研究和发展方向。

  通过对激光雷达专利申请的梳理,总结出实现低成本、小型化目标的三种途径:

  首先,利用mems微电流计将所有的机械元件集成到一块芯片中。微电流计驱动电路驱动mems微镜偏转实现激光扫描。与传统的机械旋转平台驱动激光雷达相比,mems微镜具有体积小、重量轻、功耗低、成本低等优点,易于精确驱动和控制。例如,丰田中央研究院在2008提交的专利申请“光学扫描装置和机载激光雷达设备”,通过驱动反射器和MEMS微镜,使激光光源阵列的光束相对于光轴偏转到预定的角度。这种光学扫描方式可以精确测量车辆周围障碍物与车辆之间的距离。