围绕汽车级激光雷达的技术路线之争，愈加激烈。
近日，有报道称，调频连续波(FMCW)激光雷达将彻底改变目前的汽车级激光雷达市场格局，并倒逼ToF激光雷达退出主流市场。
作为全球光学领域的巨头，卡尔蔡司（Carl Zeiss）公司的一家激光雷达光学合资公司Scantinel Photonics GmbH表示，其研发的FMCW激光雷达可以提高分辨率，改善对物体的检测。
根据Scantinel公司的介绍，FMCW激光雷达工作在1550nm的波长范围内，满足对眼睛安全的高标准要求。此外，即使在能见度有限的情况下，如雾、雨、雪，也能提供准确的测量结果。
Scantinel还使用了一种新开发的、独特的梁偏转系统，不需要任何机械部件，如MEMS。
目前，最常见的ToF（飞行时间）激光雷达系统工作在波长850和905纳米，接近可见光光谱。因此，最大激光功率受到限制，探测距离存在瓶颈。
此外，通过使用专有的线性芯片技术，Scantinel公司的FMCW传感器可以即时测量任何测量点的距离和速度。
由于相干测量过程，这套系统被设计为只对其自身的光脉冲作出响应。如果返回的光与最初发出的光不匹配，FMCW传感器可以过滤掉这个数据点。
输入数据的处理速度也更快，因为不再需要估算物体位置变化带来的速度，就像传统ToF系统那样，这降低了计算能力，同时提高了数据处理的成本。
到目前为止，Scantinel公司的技术优势是将所有组件集成到单个芯片上，即所谓的PIC(光子集成电路)，以实现激光雷达成本大幅下降的可能目标。
一、FMCW还是试水
一直以来，基于ToF（飞行时间）的脉冲激光器处于行业主流地位。
脉冲激光雷达是简单的飞行时间测距系统。它们通过记录短脉冲发射到接收反射光之间的时间来测量距离，并在测量过程中通过反射光的角度来测量物体的位置。
然而，测量速度需要发射多个脉冲，并将脉冲之间的距离变化除以脉冲之间的间隔。
脉冲激光雷达的工作原理是在固定频率发射短暂的光脉冲，根据这些激光脉冲从表面反弹回传感器所需要的时间来确定物体的位置。
相比之下，FMCW激光雷达发出恒定的光流（连续波），并定期改变光的频率（调频），这使得既可以确定物体的位置，又可以利用多普勒效应精确测量它们的速度。
ToF激光雷达在夜间工作性能有巨大优势，但在光线明亮的白天，来自太阳的光子会干扰信号，在接收到的信号中产生噪音。
而且，由于多个ToF激光雷达在接收来自其他激光雷达的脉冲时可能会造成干扰。为了解决这个问题，一些企业开始引入编码技术，将传输信号分割成多个脉冲。
然而，距离性能与峰值功率成正比，而将可用能量分割成多个脉冲会导致探测距离的性能下降。
而基于调频连续波（FMCW）技术，允许更高的探测灵敏度和准确性。信噪比与传输光子的总数成正比，而与峰值激光功率无关。
由于FMCW激光雷达具有超过10倍的灵敏度，它能以低于ToF 脉冲激光雷达1000倍的平均功率传输。
此外，FMCW激光雷达的光子电路将一部分输出相干激光与接收光混合。这提供了一个独特的优势，有效地阻止任何背景辐射或其他激光雷达的干扰。
同时，FMCW激光雷达的每一个像素的速度信息都可以提供，更容易形成4D感知数据。其次，激光峰值功率在100mW范围内，而ToF的峰值功率为数百或数千瓦。
瞬时速度也使得FMCW激光雷达更容易将遥远稀疏的数据点识别为物体，并跟踪这些物体是如何随时间移动的。
例如，FMCW激光雷达传感器可能只收到300米以外的目标的一些反馈，但如果这些零散的点是感知系统感兴趣的速度值（例如，以>70英里每小时的速度接近车辆），系统可以判定目标是重要的。
这意味着，更快的识别和跟踪给了决策和执行系统更多的机动时间。更好地了解物体移动的速度也能让运动规划系统给出更好的反应。
此外，FMCW激光雷达只对自己发出的光脉冲做出反应。如果返回的光与最初传输的光的时间、频率和波长不匹配，系统就会过滤掉该数据点。
不过，FMCW也有自己的短板，复杂度比ToF脉冲激光雷达更高，同时对激光光源有更严格的要求。
比如，已经宣布为沃尔沃汽车L4级自动驾驶量产车提供激光雷达的Luminar公司，虽然用的也是1550nm波长的光源，但是采用的是类似于脉冲多普勒的方法。
该公司表示，与FMCW方法不同的是，发光体速度属性并不会降低测量速率，而且有利于测量非径向运动物体的速度。
目前，已经公开亮相的FMCW激光雷达，就是由自动驾驶公司Aurora推出的（收购初创公司Blackmore）FirstLight，此前宣传今年装车测试。
不过，Blackmore在拿到丰田和宝马的投资几年后，最终被Aurora收购，也表明汽车制造商对于FMCW方案未来不确定性的投票。
二、ToF仍是主流
FMCW的激光雷达已经存在了很长时间，它起源于20世纪60年代在麻省理工学院林肯实验室所做的工作。
一些专注于ToF激光雷达研发的公司表示，事实上，几乎所有的激光测距仪都使用ToF，而不是FMCW来进行距离测距。
ToF激光雷达系统可以提供非常快的激光脉冲、敏捷扫描、增加的返回显著性，以及应用高密度感兴趣区域(ROIs)的能力。
虽然理论上，FMCW有更优越的探测距离性能，但到目前为止还没有看到FMCW激光雷达产品可以比得上ToF。
对于物体速度测量而言，ToF系统确实需要多次激光脉冲来确定目标速度。不过，FMCW不能一次性同时测量横向速度。
但往往横向速度包含了超过90%的最危险的边缘情况。闯红灯的车辆、急转弯的车辆、临街的行人，都需要横向速度进行避让决策。
在成本方面，FMCW的优势在于，它利用了光子学和通讯技术的产业链成熟度，使其达到更高的性能水平。比如，更低成本的光电探测器，而ToF经常使用APD和其他更昂贵的探测器。
有企业表示，激光雷达组件的供应链相对较新，但光纤激光器、PIN阵列接收器、ADC和FPGA等组件已在各个行业使用多年。
从供应基础的角度来看，这些特定类型的组件风险非常低。相比之下，FMCW系统的关键部件是非常低的相位噪声激光器，它有许多严格的要求，而且没有其他大批量用户来帮助降低批量制造成本。
即便是MEMS也已经在各个行业，包括汽车上很多地方被使用。但FMCW系统的组件一直在实验室中测试验证，还没有大规模生产的经验。
此外，ToF激光雷达系统已经有多家供应商在整个硬件堆栈上生产符合汽车标准的组件：包括激光器、探测器、专用集成电路等。
因此，在成本、探测距离、性能和点云质量等综合性能方面，高发射率、敏捷扫描的ToF系统比FMCW更能有效地满足自动驾驶对激光雷达的需求。
从目前披露的量产计划来看，基于ToF的方案还是主流。
比如，为宝马提供L3级自动驾驶量产激光雷达的Innoviz，采用的是基于ToF的MEMS方案。此前，法雷奥已经量产的SCALA激光雷达，也是ToF测量方案。
一径科技CEO石拓表示，未来十年MEMS一定是市场的主流。MEMS的优势有很多，主要有三点，更强的感知能力、车规可靠性以及低成本。
MEMS激光雷达在当前是更好的选项，首先MEMS基于硅基材料，是钢性材料，虽然MEMS微振镜在做微小振动，但只要控制其远低于损坏阈值，就不会有金属疲劳的现象；
其次激光器、探测器等的散热结构更容易设计，热阻很低，无需风扇也可以达到很好的散热效果。
石拓表示，FMCW可能是未来的一个方向，也可能是ToF方案激光雷达的一个补充方案，因为它能补充速度维度的信息。
FMCW若要在产品端形成竞争力，需要基于芯片集成技术开发全固态的方案，但是还有很多不确定性和挑战，包括开发低成本窄线宽扫频光源、解决扫描方式问题、提高温度稳定性、开发ASIC芯片等。