半個(gè)世紀(jì)以來,隨著硅基半導(dǎo)體芯片的發(fā)展,這種成熟的芯片制造技術(shù)越來越受到人們的重視。即使是傳統(tǒng)的激光雷達(dá)技術(shù),最近也將這種技術(shù)平臺(tái)視為較優(yōu)的選擇。由于自動(dòng)駕駛和機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展,激光雷達(dá)系統(tǒng)已經(jīng)被推到一個(gè)較高的水平。然而,目前大多數(shù)激光雷達(dá)系統(tǒng)仍采用分立自由空間光學(xué)元件,并使用機(jī)械裝置進(jìn)行波束控制。這種實(shí)現(xiàn)方案在本質(zhì)上限制了激光雷達(dá)系統(tǒng)的掃描速度,而且在未來市場(chǎng)中這種產(chǎn)品的尺寸、單個(gè)成本和復(fù)雜度都不具備競(jìng)爭(zhēng)力。所有這一切都在催生一種新的技術(shù)來解決目前的問題,而硅基光學(xué)相控陣則剛好提供了一種優(yōu)化的解決方案。本文主要圍繞大掃描角度范圍的硅基一維光學(xué)相控陣波束偏轉(zhuǎn)調(diào)控展開研究。首先,本文建立了遠(yuǎn)場(chǎng)衍射的理論模型,并利用所建立的理論模型仿真了光束遠(yuǎn)場(chǎng)分布,分析了一些關(guān)鍵參數(shù)對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)分布的影響;其次,介紹了硅基相控陣各個(gè)組成部分的結(jié)構(gòu)、工作原理和功能;最后,通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了光束偏轉(zhuǎn)的功能。通過調(diào)節(jié)激光輸入波長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)了在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中30°范圍內(nèi)的光束掃描,進(jìn)一步的電壓調(diào)諧也證實(shí)了這種光束偏轉(zhuǎn)特性。硅基相控陣中的核心元件之一是移相器,為了提高相移精確性,我們提出了一種基于自耦合波導(dǎo)的相移結(jié)構(gòu),采用耦合... 

【文章來源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：100 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

激光雷達(dá)3D點(diǎn)云示意圖

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文旋轉(zhuǎn)的方式，產(chǎn)品囊括 16/32/64 線；Ibeo 公司則采用固定激光光源，通過內(nèi)部玻璃片（旋轉(zhuǎn)部件）旋轉(zhuǎn)的方式控制出射光束方向，從而實(shí)現(xiàn)多角度掃描，產(chǎn)品囊括 4/8 線，歐百拓公司為 Ibeo 公司的國內(nèi)代理商[5]。其主要產(chǎn)品的性能參數(shù)比較如表 1-1 所示�？梢娺@種機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)主要借助于可旋轉(zhuǎn)的部件實(shí)現(xiàn)較大的水平視場(chǎng)，但垂直視場(chǎng)一般，這種旋轉(zhuǎn)基制也制約了其較小的旋轉(zhuǎn)頻率（＜100Hz），使得掃描速度受限，而且其精度一般（＞2cm）。鑒于上述特性，業(yè)內(nèi)預(yù)測(cè)未來發(fā)展趨勢(shì)是固態(tài)化激光雷達(dá)，其主要優(yōu)勢(shì)包括：尺寸較小、成本較低、便于安裝、操作靈活。因此激光雷達(dá)有向固態(tài)發(fā)展的趨勢(shì)。近些年也取得了一些進(jìn)展，其中德爾福與初創(chuàng)公司 Quanergy 采用相控陣技術(shù)，共同研制出了固態(tài)激光雷達(dá)，內(nèi)部不含旋轉(zhuǎn)部件。而傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)企業(yè) Velodyne 公司和 Ibeo 公司雖然也宣稱研制出了混合固態(tài)激光雷達(dá)，即便在外部看不到旋轉(zhuǎn)部件，但其內(nèi)部仍是靠機(jī)械旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)光束掃描的。

上海交通大學(xué)碩士學(xué)位論文光雷達(dá)的研究意義于激光雷達(dá)在無人駕駛上所體現(xiàn)的強(qiáng)大市場(chǎng)潛力，近些年諸多公司投入于產(chǎn)品研發(fā)上，具有較好性能的激光雷達(dá)產(chǎn)品一經(jīng)推出便可迅速占領(lǐng)市15 年，奧迪的無人駕駛汽車 A7 Piloted Driving 就采用了 Ibeo 和 Valeo 合 Scala 混合固態(tài)激光雷達(dá)，大眾的一款半自動(dòng)駕駛汽車也安裝了 Scala 產(chǎn)雷達(dá)隱藏在保險(xiǎn)杠內(nèi)，用于取代毫米波雷達(dá)作為測(cè)距模塊。在 2016 年的 CES（消費(fèi)電子展）中，就已經(jīng)推出了兩款固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)Quanergy 公司研制了較小尺寸的固態(tài)激光雷達(dá)產(chǎn)品 S3（如圖 1-3 所示價(jià)為 250 美元，而且有望進(jìn)一步降低。福特和 Velodyne 公司共同研制了混合固態(tài)激光雷達(dá) Ultra PuckAuto，并 2020 年量產(chǎn)售價(jià)為 500 美金，并有望在 2025 年降低到 200 美金以下。


本文編號(hào)：3071488