核武器升级!禾赛Pandar40P的几个杀手功能

2019-01-06

2018年12月,禾赛科技正式发布其激光雷达Pandar40的旗舰升级版,Pandar40P。Pandar40P在如下三个方面取得了重大的突破:
 

1. 完全抗干扰 Interference Rejection
 

2. 测远性能大幅提升 Extended Range
 

3. 支持PTP时间同步方式 PTP Synchronization

 

2017年4月,我们发布了Pandar40,试图打破全球激光雷达产业被一家美国公司垄断的局面。一年多来,HESAI Pandar40凭借其出色的性能和可靠性,获得了全球自动驾驶和机器人公司的一致好评,帮助无人出租车、物流小车、环卫车、自动驾驶卡车等各类自动驾驶车辆提升感知能力、降低成本并实现大规模量产。

 

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搭载HESAI Pandar40的Lyft无人车

 

在国内客户逐渐“国产替代”的同时,我们欣喜地发现大量的海外客户开始选择禾赛作为“进口替代”。Pandar40的全球出货量中,70%出口到了美国、欧洲和东南亚。

 

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禾赛产品全球出口分布图

 

仅以硅谷为例,60多家获得无人车测试牌照的自动驾驶公司中,超过1/3已经成为禾赛的付费客户,其中不乏Lyft, Nuro, drive.ai, Roadstar, TuSimple, AutoX等顶级自动驾驶玩家。

 

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搭载HESAI Pandar40的drive.ai无人车

 

一年多来,我们在持续提升产能和产品车规可靠性的同时,虚心向全球顶尖的OEM和Tier 1请教,聆听最前沿自动驾驶公司对产品的需求,挑战已经掌握技术的极限,不断尝试那些“不可能”实现的功能,就是为了把一款雷达做到极致。现在,我们正式推出了Pandar40的升级版,Pandar40P。不要小看这一个“P”,它凝聚了禾赛在机械雷达上几乎所有的“黑科技”。

 

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杀手功能一:

完全抗干扰 – 绝非“杞人忧天”

 

激光雷达作为主动光源的传感器的优势很明显,比如对环境光依赖很小,夜间工作丝毫不受影响。但与此同时,不同激光雷达之间会产生相互干扰,这是行业中一个悬而未决的难题。原理很简单,激光雷达测距依赖不断地发射和接收脉冲波,而不同激光雷达的脉冲波可能会被混淆,导致成像画面中出现一些快速移动的噪点团,行话俗称UFO,一不留神就会被感知系统认为是一个莫须有的障碍物,造成错误的决策。

 

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实测数据:无抗干扰功能的两台激光雷达
在相距1米时对彼此造成的影响

 

那么问题来了,既然市场上量产的激光雷达都不具备完全抗干扰功能(小编注: Waymo的激光雷达自产自销,故无法考证),为什么现有无人车都好像没有遇到这个问题?答案很简单,总数量还太少,且多数情况下分散运营。典型场景中,多台无人车相遇的概率很低,因此互相影响不会特别明显。然而,随着车队数量增多,两辆无人车近距离运行,或者同一辆车装超过2台激光雷达的时候,干扰的问题就开始显现了。

 

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图片来自Google搜索

 

使用可能被干扰的激光雷达,会有什么后果呢?

 

1. 点云处理算法压力骤增

 

有观点认为,激光雷达之间干扰产生的噪点是有规律的可以被模型化的,因此通过后台的滤波算法可以完全被剔除掉(有点还原美图秀秀的意思)。这个理论并没有错,但现实中,一个激光雷达面临的干扰信号可能来自不同型号的激光雷达,会让后台的算法计算压力增加非常多。而简单的噪点类型的滤波又会导致原始数据的失真,带来不必要的误差。

 

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图片来自Google搜索

 

2. “一颗定时炸弹”

 

自动驾驶是一个安全至上的游戏,和其他行业不同,这其中绝大多数工作的意义不是把60分的产品提高到80分,而是把百万分之一的事故率降低到十亿分之一。因此,如果一套激光雷达系统不具备完全抗干扰能力,不论后台算法怎么去补这个缺陷,它还是有一定的概率会被触发。更糟糕的是,这个触发的概率,虽然很小,却有两个硬伤:1. 它不会随着测试英里数增加而减小;2. 它会随着路上无人车的增多而增加。这样系统性的硬伤,对一个安全第一的行业,简直就是一颗定时炸弹。

 

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图片来自Google搜索

 

目前,解决自车激光雷达干扰有两种主流的方法:

 

改变相对位置。

 

改变相对位置通常有两种方式:雷达错层摆放和增加隔板。
 

错层摆放时,激光雷达不会发生对射,也不会收到对方雷达发出激光碰到物体后的反射光,因此不会产生干扰问题。

 

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示意图1

 

增加隔板同样是通过防止激光雷达间发生对射、阻止相互之间接收反射光,来解决干扰问题。

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示意图2

 

相位控制。

 

相位控制即固定两个雷达转动时的相对相位夹角,使自车雷达不会发生对射。

 

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示意图3

 

如上图,两台雷达间激光发射角度始终保持90°的角度差,能够尽可能缩小对射范围,减少了干扰发生的频率。

 

但是,面对来自他车雷达的干扰,上述方法即刻失效。
 

现实生活中,两辆车相向而行或者并肩前进,距离足够接近时,彼此的雷达也可能出现接收对方信号源、相互干扰的情形。目前,行驶在道路上的无人驾驶车辆多为测试车,数量较少,未来无人车成为主流车辆后,这种干扰频率会大幅增加,进而导致路线规划错误乃至紧急刹车,这无疑是重大安全隐患。

 

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路上不同车辆的激光雷达互相干扰的可能性随着数量增大而增加

 

因此,解决干扰问题最根本的方式,是激光雷达本身具备完全抗干扰的功能。知易行难。现有的激光雷达系统设计,为了不断提高点云密度和测远性能,它在系统层面的优化已经到了极致。某美国客户曾经和我开玩笑说,you are literally limited by the speed of light! 现在限制你们的是光速。在这种情况下,实现完全抗干扰,对信号收发系统是极其大的挑战。

 

历经一年多的内部迭代和可靠性测试,终于,我们可以自豪地宣布,禾赛成功开发出了激光雷达完全抗干扰技术,并且从2018年8月开始,已经成为了一个量产标配功能。

 

怎么实现的呢?

 

具体来说,禾赛的每一台Pandar40P的每一束光,都有自己对应的“暗号”,只有收回的光束对上了这个“暗号”,才会被系统接收,并出现在点云中;如果对不上,那就拒之门外。

 

下图为具有完全抗干扰功能的Pandar40P与无抗干扰功能的激光雷达的点云对比图,可以看出,Pandar40P完全不受其他激光雷达的干扰,点云无噪点;而无抗干扰功能的激光雷达获取的点云出现明显的误检测噪点。

 

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实测数据(缩小比例尺)

 

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实测数据(放大比例尺)

 

 

杀手功能二:

测远 - 不止更远 近处细节更加惊艳

 

200 m@20%到200 m@10%
 

测远能力是自动驾驶激光雷达最重要的性能指标,也是兵家必争之地。

 

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搭载HESAI Pandar40的Nuro无人车

 

对于无人车而言,激光雷达的感知距离从200 m@20%提升到200 m@10%,会带来以下几方面的性能提升:

 

1. 看得更远,安全行驶速度更快

 

测远距离200 m@20%到200 m@10%是一个质的飞跃——对于反射率大约10%的物体(如深色车辆),有效检测距离从141米提高到200米,可以让运行中的无人车更早地发现路上可能的障碍物。同时,更远的感知距离也使得无人车可允许的安全行驶速度大幅提升,让更多的自动驾驶场景变成了可能。

 

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搭载HESAI Pandar40的AutoX无人车

 

2. 细节更多,系统可靠性更强

 

同时,测远能力提升可以极大提高激光雷达对近距离物体的感知能力。例如在100 m-150 m这个范围,很多非常低反射率的物体(如柏油地面,黑轮胎等),在Pandar40P的点云中会看到显著增多的细节。以下图的典型十字路口为例,100 m-150 m环内的点云点数,Pandar40P比Pandar40有效感知点数多出75%(见下图)。

 

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实测数据:Pandar40P vs. Pandar40

 

这样一来,感知系统如果用Pandar40P,可以获得175%的有效感知点数。对后台算法的童鞋来说,更多的点,往往可以直接转化为更高的系统准确性和鲁棒性。

 

因此,提高测远能力,即意味着提高中距离物体的有效点云点数,从而提高远距离物体的感知能力,丰富感知细节,并最终大幅提升无人车系统的安全性。

 

 

杀手功能三:

PTP - 多台激光雷达“共享”时间源

 

Pandar40P支持使用PTP (Precision Time Protocol) 协议。PTP的使用可以消除外部计时装置,极大地简化了线缆,为客户带来更好的使用体验。

 

欲购从速

 

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HESAI MF Factory

 

Pandar40P经历了大量的内部迭代和可靠性测试,已经成为一款性能稳定、产能充足的量产版本激光雷达。在多家早期客户数百台的实车使用中,Pandar40P传承了Pandar40优良的产品稳定性,得到了客户的一致好评。

 

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整装待发的Pandar40P

 

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