Suchen

FMCW-LIDAR: Game-Changer für autonomes Fahren

| Autor / Redakteur: Dr. Michael Richter * / Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

LIDAR (Light Detection and Ranging) gilt als die Schlüsseltechnik für selbstfahrende Autos. Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) LIDAR – eine sperrige Abkürzung für eine disruptive Technologie – wird autonomen Fahren zum Durchbruch verhelfen und nach Meinung von Experten die derzeit eingesetzten Time-of-Light-LIDAR-Systeme vollständig vom Markt verdrängen.

Firma zum Thema

FMCW-LIDAR: Live-Test mit dem Scantinel Demonstrator.
FMCW-LIDAR: Live-Test mit dem Scantinel Demonstrator.
(Bild: Scantinel)

Autonomes Fahren ist der Innovationsmotor für die gesamte Automobilindustrie. Selbstfahrende Autos, autonome Taxi- und Lieferdienste und Busse werden das gesamte mobile Ökosystem revolutionieren. Autonomes Fahren hat das Potenzial, die gesamte klassische Lieferkette der Automobilindustrie auf den Kopf zu stellen bzw. gänzlich neue Player auf den Plan zu bringen. Dem zu Intel gehörenden Unternehmen Mobileye wurde vor kurzem der Testbetrieb in der bayerischen Landeshauptstadt erlaubt. Intel kaufte das Unternehmen in 2017 für 15,3 Mrd US-$. Amazon hat gerade das Startup Zoox, ein Unternehmen für Autonomes Fahren, für 1,2 Mrd US-$ gekauft.

Die Bezeichnung LIDAR (Light Detection and Ranging) erinnert nicht zufällig an Radar. Beide Verfahren dienen der Erkennung und Abstandsmessung, indem sie reflektierte Wellenmuster analysieren. Frequency-Modulated Continuous-Wave (FMCW) -Radar wird heute schon standardmäßig als Fahrerassistenzsystem in der Automobilindustrie angeboten. Im Unterschied zu Radar wird bei FMCW-LIDAR jedoch nicht mit Radiowellen, sondern mit Licht in Form von Laser gearbeitet, und es ermöglicht damit eine bessere Bildauflösung sowie eine verbesserte Erkennung von Objekten wie Fußgängern und Radfahrern.

Die Vorteile der FMCW-LIDAR-Technologie

Die FMCW-LIDAR-Technologie bietet signifikante Vorteile gegenüber den derzeit gängigen Time-of-Light-LIDAR- (ToL) Systemen:

  • Reichweite >250 m und sehr robust gegenüber schlechten Witterungsbedingungen (z.B. Nebel, Schneefall) oder direktem Sonnenlicht
  • Immun gegen Sensor Cross-Talk und Selbst-Interferenzen: Lichtimpulse von anderen Sensoren können nicht verwechselt bzw. durch eigene, vorherige gesendete Impulse gestört werden
  • Gleichzeitige Messung von Distanz und Geschwindigkeit in jedem Datenpunkt und dadurch reduzierter Rechenaufwand und Systemkosten
  • Geringe Kosten und Skalierbarkeit durch Verwendung hochintegrierter PiCs (Photonic integrated circuits).

Die FMCW-LIDAR-Technologie ist unter anderem deshalb so leistungsstark, weil die verwendeten Sensoren die kleinstmögliche Lichtmenge – ein Photon – erfassen können. Das FMCW-LIDAR von Scantinel arbeitet im Wellenlängenbereich von 1550 nm, dadurch erfüllt der Laser die erforderlichen hohen Augensicherheitsstandards. Außerdem können so exakte Messergebnisse auch unter eingeschränkten Sichtbedingungen wie bei Nebel, Regen oder Schneefall geliefert werden. Scantinel setzt hierbei auch ein neu entwickeltes System zur Strahlablenkung ein, das ohne jegliche mechanischen Komponenten wie MEMS auskommt.

ToF-LIDAR-Systeme mit begrenzter Laserleistung

Die meisten gängigen ToF-LIDAR-Systeme arbeiten mit Wellenlängen von 850 und 905 nm, die sehr nah an dem sichtbaren Lichtspektrum angrenzen. Die maximale Laserleistung ist daher begrenzt und die Reichweite liegt in der Regel unter 100 m.

Beim autonomen Fahren ist es aber zwingend notwendig, Objekte in Entfernungen von 250 m und mehr zu erkennen, um rechtzeitig bremsen oder ein Ausweichmanöver einzuleiten zu können. Je höher die Reichweite des LIDAR-Systems, desto mehr Zeit hat das Auto bzw. der Fahrer, um auf unerwartete Hindernisse zu reagieren. Selbst Sekundenbruchteile machen einen großen Unterschied in Bezug auf Sicherheit und Komfort. Durch die Verwendung der proprietären, linearen Chirptechnologie kann der Scantinel FMCW-Sensor sowohl die Entfernung als auch die Geschwindigkeit jedes Messpunktes unmittelbar messen.

Kohärentes Messverfahren bietet Vorteile

Das Scantinel-System ist aufgrund des kohärenten Messverfahrens dafür ausgelegt, nur auf seine eigenen Lichtimpulse zu reagieren. Wenn das zurückkehrende Licht nicht mit dem ursprünglich ausgesendeten Licht übereinstimmt, kann der FMCW-Sensor diesen Datenpunkt herausfiltern. Die eingehenden Daten werden zudem schneller verarbeitet, da die Geschwindigkeit aus Änderungen der Objektposition wie bei ToF-Systemen nicht mehr abgeschätzt werden muss, was Rechenleistung und Kosten reduziert.

Der bei weitem wichtigste Vorteil der Scantinel-Technologie ist die Integration aller Komponenten auf einem einzigen Chip, einem sogenannte PIC (Photonic integrated Circuits) um die ambitionierten Kostenziele von LIDAR-Systemen zu erreichen. Chip-integrierte Wellenleiter für Wellenlängen im Bereich 1550 nm werden bereits millionenfach in der Telekommunikation sowie in optoelektronischen Anwendungen von Rechenzentren eingesetzt und sind daher sehr kostengünstig im Markt verfügbar. Auch sind keine beweglichen Elemente wie bei der MEMS-basierenden LIDAR-Technologie erforderlich, was das Scantinel-System deutlich robuster und weniger störanfällig macht.

FMCW-LIDAR-Demonstrator erfolgreich im Einsatz

Scantinel hat erfolgreich einen FMCW-LIDAR-Demonstrator im Kundeneinsatz und ist in Gesprächen mit allen führenden Automobil- und Systemlieferanten.

Das von Zeiss Ventures unterstützte Venture Unternehmen Scantinel Photonics ist nach eigenen Angaben das einzige europäische Unternehmen im Bereich FMCW-LIDAR und kann unter anderem auf die jahrzehntelange Erfahrung der ZEISS-Gruppe in Sachen Optik, Photonik und Halbleitertechnik zurückgreifen.

* Dr. Michael Richter ist Commercial Managing Director bei Scantinel.

Artikelfiles und Artikellinks

Link: Zu Scantinel

(ID:46812905)