Velodyne汽車專用激光雷達(dá)內(nèi)部諜照首曝

年初CES，福特汽車CEO馬克·菲爾茨把Solid-State Hybrid Ultra Puck™ Auto帶上臺(tái)時(shí)，很多人都有一個(gè)疑問：Ultra Puck和VLP-16卻看上去一毛一樣，線數(shù)加倍，內(nèi)部結(jié)構(gòu)有什么不同?恰逢Velodyne車企項(xiàng)目銷售經(jīng)理John Eggert打飛的路過北京，車云菌有幸獲得了一張Ultra Puck1.5內(nèi)部構(gòu)造諜照，據(jù)說這是全球首曝。

△右側(cè)為車云菌獲得的全球首張內(nèi)部諜照

Velodyne首款針對(duì)汽車的激光雷達(dá)產(chǎn)品

在車云網(wǎng)關(guān)于激光雷達(dá)的報(bào)告中(點(diǎn)擊查看：《自動(dòng)駕駛與激光雷達(dá)，最佳CP初養(yǎng)成》)，提到Velodyne目前已經(jīng)量產(chǎn)銷售的激光雷達(dá)有三款，分別是 HDL-64E(64線)、HDL-32E(32線)、VLP-16(16線)。除了谷歌、百度、Uber等無人駕駛汽車使用64線產(chǎn)品，一些車企在車上使用32線和16線產(chǎn)品測(cè)試。例如2016年1月CES上，福特就展示了安裝velodyne HDL-32的混動(dòng)版蒙迪歐自動(dòng)駕駛研究車。荷蘭NAVYA的兩部全自動(dòng)駕駛ARMA公交穿梭車測(cè)試了VLP-16和HDL-32，最后選用了32線。

雖然這三款激光雷達(dá)可以滿足外部環(huán)境感知需要，但嚴(yán)格來說并不是專為汽車而生。Velodyne 64線最早是用于地圖及相關(guān)行業(yè)，32線把激光器接收器減半，主要用于固定翼無人機(jī)。隨著小型多旋翼無人機(jī)的出現(xiàn)，Velodyne配套生產(chǎn)了更小更輕的16線產(chǎn)品。

32線產(chǎn)品的體積過大，小體積16線產(chǎn)品線數(shù)不足，采集的信息顆粒粗糙，對(duì)軟件運(yùn)算端負(fù)擔(dān)太大。因此1月借由福特公布的Solid-State Hybrid Ultra Puck™ Auto，線數(shù)增加到32線，但是體積和原16線一致。

△從左至右分別為Velodyne 16線、32線、64線，最新的32線車企專供產(chǎn)品，體積卻只有圖中16線大小

Ultra Puck專為汽車而生，因此這款產(chǎn)品在汽車適配上花了些時(shí)間。馬克·菲爾茲展示的1.5版已經(jīng)供全球車企采購(gòu)。目前除北美、歐洲的主要車企外，日本兩大車企已在測(cè)試中，國(guó)內(nèi)兩大互聯(lián)網(wǎng)車企也已在等待交貨。

1.5版僅有6-8個(gè)月的產(chǎn)品投放期，目前僅供車企裝車測(cè)試，Velodyne會(huì)根據(jù)車企反饋，在2017年推出2.0版再度供測(cè)試批量裝車測(cè)試，預(yù)計(jì) 2018年第四季度面市的Ultra PUCK 3.0才是最終工業(yè)供貨版。因此在這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，擱在車云菌面前的是一個(gè)1.5版樣機(jī)。

2微秒激光發(fā)射時(shí)差

在燈光下，John打開了Ultra PUCK1.5的外殼。

車云菌視線最先對(duì)上的，是酷似雙眼的兩枚圓形鏡片。兩只“眼睛”背后，分別是32個(gè)激光發(fā)射器和 32個(gè)接收器，每個(gè)發(fā)射器和接收器一一對(duì)應(yīng)。工作時(shí)，發(fā)射器以2微秒的間隔挨個(gè)發(fā)射激光并以10次每秒的速度繞中軸旋轉(zhuǎn)，對(duì)應(yīng)的接收器會(huì)擇機(jī)開啟，保證在恰當(dāng)?shù)臅r(shí)間捕捉返回信號(hào)。產(chǎn)品頂部與底部的圓形電路板上都有FPGA編程芯片，用來運(yùn)算處理旋轉(zhuǎn)一圈獲得的環(huán)境數(shù)據(jù)。

為什么要設(shè)置2微秒時(shí)差?John解釋道，因?yàn)槊總€(gè)發(fā)射器用同一個(gè)功率放出激光，遇到高發(fā)射率物體容易讓激光雷達(dá)致盲。而且距離、密度、大小不同的產(chǎn)品對(duì)激光的反射的要求也不同。假如第一束激光返回，得知此處障礙物距離很近，那下一束激光就可以減小功率對(duì)該點(diǎn)探測(cè)。“有了2微秒的時(shí)差，每個(gè)激光發(fā)射器會(huì)根據(jù)前一個(gè)激光的返回?cái)?shù)據(jù)，確定下一次的發(fā)射能量。”這和一次性發(fā)射所有激光，然后全部收集的Flash lidar并不相同。

而且這個(gè)時(shí)延設(shè)計(jì)也能防止黑客攻擊。之前已經(jīng)發(fā)生了黑客模擬車輛、行人的信號(hào)，反饋給激光雷達(dá)造成周圍存在障礙假象的攻擊手法。當(dāng)我們問到Ultra Puck的防黑能力，John覺得不必?fù)?dān)心。他認(rèn)為黑客如果想“戲弄”Ultra Puck要解決兩個(gè)問題：

第一，他需要選擇什么時(shí)候發(fā)射干擾信號(hào)才能讓Ultra Puck恰好接收。

第二，間隔2微秒的每束激光發(fā)射功率不同，選擇不斷變化的功率對(duì)黑客而言也是個(gè)挑戰(zhàn)。

談到把Ultra Puck做到和16線一樣大小，卻把線數(shù)增加的方法，John從口袋里掏出了一個(gè)黑色小盒子。

盒子里并排放著兩枚激光發(fā)射器，大尺寸發(fā)射器約為小尺寸發(fā)射器的一倍。前者正是16線激光產(chǎn)品選用的規(guī)格，小尺寸的部件則是Ultra Puck現(xiàn)在定制使用的激光發(fā)射器。這些扁平的發(fā)射器被設(shè)計(jì)好排列角度，通過白色的環(huán)亞塑脂(EPROXY)固定在鏡頭后方。“16線的時(shí)候激光發(fā)射器只能排一列，現(xiàn)在可以排兩列。”

因此Ultra Puck和16線相比，每秒發(fā)射的數(shù)據(jù)量增加到了70萬個(gè)點(diǎn)。不過Velodyne利用技術(shù)手段把返回?cái)?shù)據(jù)量控制在了數(shù)百量級(jí)。當(dāng)車云菌把“是否對(duì)FPGA性能提出了更多要求”的問題拋給John時(shí)，他表示并未對(duì)FPGA進(jìn)行升級(jí)。