自動(dòng)駕駛技術(shù)，離不開(kāi)激光雷達(dá)獲取的周圍環(huán)境的3D信息，但是“4D激光雷達(dá)”你聽(tīng)說(shuō)過(guò)嗎？對(duì)于無(wú)人駕駛汽車來(lái)說(shuō)，除了周圍環(huán)境的3D信息，還有一個(gè)很重要的因素，就是周圍運(yùn)動(dòng)物體的速度，以及物體運(yùn)動(dòng)的方向。實(shí)時(shí)獲取“三維信息＋速度”的整體數(shù)據(jù)，就成了很多公司的研發(fā)技術(shù)路線。

比如激光雷達(dá)制造商Aeva，這家公司剛剛獲得了大眾汽車大股東保時(shí)捷的投資，這也是保時(shí)捷投資的唯一一家做激光雷達(dá)的公司。而在去年4月，Aeva宣布已經(jīng)與奧迪建立了合作伙伴關(guān)系。這樣一來(lái)，這家公司擁有了大眾汽車兩個(gè)高端品牌的加持。

4D激光雷達(dá)背后的FMCW技術(shù)

為什么要獲取周圍物體的速度呢？因?yàn)樵谀硞�(gè)時(shí)點(diǎn)生成的三維地圖畢竟是一個(gè)相對(duì)靜態(tài)的數(shù)據(jù)，三維數(shù)據(jù)上每一個(gè)點(diǎn)是靜止的、還是運(yùn)動(dòng)的？這個(gè)物體下一秒會(huì)朝哪個(gè)方向前進(jìn)？這對(duì)判斷周邊物體（比如行走的行人和靜止的樹(shù)木）是非常重要的。而如果能成功獲取到速度的數(shù)據(jù)，傳感器就能幫助自動(dòng)駕駛汽車判斷數(shù)百米之外的物體究竟是靜止的樹(shù)木還是行走的行人，從而做出正確的決策。

激光雷達(dá)大致可以分為兩類：脈沖激光雷達(dá)和連續(xù)波激光雷達(dá)。脈沖激光雷達(dá)是目前階段大部分的激光雷達(dá)公司采用的技術(shù)，使用的是“飛行時(shí)間（ToF）”的原理，發(fā)射不連續(xù)的光脈沖來(lái)計(jì)算往返的時(shí)間、獲取目標(biāo)的距離。第二種技術(shù)就是發(fā)射連續(xù)波來(lái)探測(cè)物體，并由此可以測(cè)量返回光子的頻率。這種方式也被稱為連續(xù)波調(diào)頻（FMCW），能夠成功探測(cè)到周圍物體的速度。

激光雷達(dá)生成的點(diǎn)云圖

這種技術(shù)之所以能探測(cè)速度，是因?yàn)镕MCW激光雷達(dá)一般采用所謂的“相干探測(cè)”，可以對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行多普勒測(cè)量。我們高中物理都學(xué)過(guò)“多普勒效應(yīng)”，波在波源移向觀察者接近時(shí)頻率變高，而遠(yuǎn)離觀察者時(shí)接收頻率變低。通過(guò)多普勒測(cè)量，能夠準(zhǔn)確區(qū)分出運(yùn)動(dòng)與靜止的物體，從而進(jìn)行速度數(shù)據(jù)的測(cè)量。

高校和產(chǎn)業(yè)界持續(xù)投入

FMCW技術(shù)被很多人認(rèn)為是非常有應(yīng)用前景的激光雷達(dá)技術(shù)。比如2017年美國(guó)陸軍地理空間實(shí)驗(yàn)室就發(fā)表了一篇論文，對(duì)比了兩種激光雷達(dá)的3D成像效果，證明了FMCW技術(shù)比光脈沖看到的細(xì)節(jié)更豐富。因?yàn)槟軌驕y(cè)量速度了，有助于自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行預(yù)判，提高了駕駛的安全性。另外一些好處就是大幅消除了外界輻射的影響，還有功率比光脈沖激光雷達(dá)低，對(duì)硬件性能的要求也相對(duì)較低，所以可以集成到更小的芯片上。

由于這些優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用前景，針對(duì)FMCW技術(shù)，很多高校、具有研發(fā)職能的機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行相關(guān)的研究。我了解到的就有美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)蒙大拿州立大學(xué)在研究更高分辨率、成像更清晰的FMCW技術(shù)。另外，把FMCW技術(shù)集成到小型化芯片上也是研究方向之一，2014年以來(lái)，加州大學(xué)伯克利分校、加州理工大學(xué)、MIT都在把FMCW技術(shù)作為研究重點(diǎn)，開(kāi)展相關(guān)研究。除了學(xué)術(shù)界以外，在產(chǎn)業(yè)界，有大量的公司正在進(jìn)行基于FMCW技術(shù)路線的研發(fā)，并且取得了一些階段性成果，比如法國(guó)的Thales公司、被Aurora收購(gòu)的Blackmore公司、被通用旗下的自動(dòng)駕駛公司Cruise收購(gòu)的Strobe。

因?yàn)樯鲜龅倪@些優(yōu)勢(shì)，Aeva公司主要進(jìn)行FMCW技術(shù)路線相關(guān)的研發(fā)，把傳感器的所有關(guān)鍵元件集成到了小型化的芯片中，最新的芯片只有手指大小，與二十五美分硬幣相當(dāng)（直徑為24．26毫米）。自動(dòng)駕駛汽車采用這一款傳感器，所占用的空間也就會(huì)非常小，其他的硬件就會(huì)有更多的空間，激光雷達(dá)傳感器的能耗也有明顯降低。

市場(chǎng)化的前夜

Aeva公司在接受媒體的采訪時(shí)宣布，他們的“4D激光雷達(dá)”可以識(shí)別距離300米遠(yuǎn)的物體，已經(jīng)達(dá)到了目前市面上激光雷達(dá)探測(cè)的極限。公司負(fù)責(zé)人在公開(kāi)場(chǎng)合表示，這款激光雷達(dá)還可以探測(cè)到反射10％入射光的物體，可以識(shí)別車道標(biāo)志或者交通標(biāo)志。

更重要的是，Aeva研發(fā)的4D激光雷達(dá)售價(jià)不超過(guò)500美元。我們知道激光雷達(dá)能否被廣泛應(yīng)用于無(wú)人駕駛汽車，關(guān)鍵因素在于成本。這款產(chǎn)品水平方向可掃描120度，垂直方向上可掃描30度，理想情況下，1－2個(gè)激光雷達(dá)即可滿足一輛自動(dòng)駕駛汽車的需求；而要實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)人駕駛，則需使用3－4個(gè)雷達(dá)。不過(guò)，即使是使用3－4個(gè)激光雷達(dá)，每輛車的成本也才1500－2000美元左右，仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于激光雷達(dá)的老大Velodyne的價(jià)格。據(jù)說(shuō)大眾集團(tuán)也正是看中了Aeva激光雷達(dá)的成本優(yōu)勢(shì)。

技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)就是這樣，起步再早，只要沒(méi)有實(shí)現(xiàn)規(guī)�；�生產(chǎn)并推向市場(chǎng)，就隨時(shí)有被更新的技術(shù)超越的風(fēng)險(xiǎn)。Aeva成立于2017年，雖然這一輪融資的金額沒(méi)有透露，18年融資額是4500萬(wàn)美元，在激光雷達(dá)領(lǐng)域算不上大融資，應(yīng)該離量產(chǎn)還有距離，但另一家激光雷達(dá)企業(yè)Luminar去年下半年又融了1億美元，累計(jì)融資已達(dá)到2．5億美元，正在沖擊量產(chǎn)（不過(guò)他們?cè)瓉?lái)宣布18年底實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，現(xiàn)在看也推遲了）。面對(duì)越來(lái)越多的追趕者，Velodyne遲遲不能量產(chǎn)，價(jià)錢(qián)也降不下來(lái)，確實(shí)需要警惕了！

盡管Aeva的激光雷達(dá)技術(shù)路線跟其它競(jìng)爭(zhēng)性技術(shù)相比，仍然存在測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)、數(shù)據(jù)處理量較大等缺點(diǎn)，但隨著量產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、技術(shù)迭代提升，成本不斷快速降低，激光雷達(dá)也在向小型化、低功耗、ASIC 集成化發(fā)展。你看，小型化是激光雷達(dá)的發(fā)展方向，甚至在未來(lái)有可能將這樣的高精度的3D成像功能引入消費(fèi)電子領(lǐng)域。

再來(lái)看看團(tuán)隊(duì)。Aeva有兩位創(chuàng)始人，第一位Soroush Salehian是前蘋(píng)果高管，擔(dān)任了四年的產(chǎn)品研發(fā)經(jīng)理，參與了ipod、apple watch和iphone的產(chǎn)品研發(fā)，負(fù)責(zé)的板塊包括LED系統(tǒng)和傳感系統(tǒng)。他在加入蘋(píng)果之前就創(chuàng)立了一家公司bluelibris，做持續(xù)的實(shí)時(shí)健康監(jiān)測(cè)可穿戴設(shè)備，賣(mài)出了30多萬(wàn)臺(tái)，最后被Numera Health收購(gòu)。從創(chuàng)立公司到加入蘋(píng)果，現(xiàn)在繼續(xù)出來(lái)創(chuàng)業(yè)，積累了大量的產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)和行業(yè)理解。加上斯坦福大學(xué)的校友背景，也積累了不少人脈。

第二位聯(lián)合創(chuàng)始人Mina Rezk更偏向于CTO的角色，曾經(jīng)在尼康擔(dān)任了11年的硬件開(kāi)發(fā)，負(fù)責(zé)激光雷達(dá)產(chǎn)品線的所有研發(fā)任務(wù)。后來(lái)又在蘋(píng)果做了一年多的傳感器研發(fā)，2017年兩位創(chuàng)始人一起出來(lái)創(chuàng)業(yè)，成立了這家Aeva公司。

聯(lián)合創(chuàng)始人Mina Rezk公開(kāi)表示，這種激光雷達(dá)正在量產(chǎn)中，而且有一些OEM制造商已經(jīng)開(kāi)始購(gòu)買(mǎi)使用他們的產(chǎn)品，并投入測(cè)試了。其實(shí)，從去年4月開(kāi)始，奧迪E－Tron的實(shí)驗(yàn)版本已經(jīng)開(kāi)始使用這款激光雷達(dá)了。大眾汽車的自動(dòng)駕駛部門(mén)正在計(jì)劃在未來(lái)的汽車中使用Aeva的激光雷達(dá)，最新的消息是，2022年上市的大眾ID Buzz電動(dòng)汽車就會(huì)采用這款激光雷達(dá)。

雖然有好技術(shù)在手，但這并不意味著Aeva在未來(lái)能秒殺其它激光雷達(dá)廠商。其實(shí)，世界上第一款用于自動(dòng)駕駛汽車的FMCW激光雷達(dá)系統(tǒng)是被Aurora收購(gòu)的Blackmore公司研發(fā)的。不過(guò)跟Aeva公司的300米探測(cè)距離相比，我們了解到的數(shù)據(jù)是Blackmore公司的測(cè)量范圍要短得多：200 碼（約184 米）。而在Blackmore之前，這種技術(shù)更多是用在航空航天（NASA研發(fā)出了第一臺(tái)多普勒激光雷達(dá)，用于月球自動(dòng)著陸任務(wù)），以及重工業(yè)（比如測(cè)量風(fēng)速和湍流，三菱將其用于風(fēng)力發(fā)電，檢測(cè)空中交通安全）。