宙斯盾”SPY-1相控陣?yán)走_(dá)是宙斯盾作戰(zhàn)系統(tǒng)的一部分，該系統(tǒng)部署在美海軍巡洋艦和驅(qū)逐艦上以及一些外國艦船上。最初為防空設(shè)計(jì)，許多美海軍巡洋艦和驅(qū)逐艦的宙斯盾系統(tǒng)已經(jīng)升級(jí)為具有彈道導(dǎo)彈防御(BMD)能力。
目前部署在美國軍艦上的宙斯盾SPY-1雷達(dá)有四個(gè)或五個(gè)不同版本，其中只有兩個(gè)或三個(gè)版本的雷達(dá)所在艦船已升級(jí)為BMD，這可能是由于BMD和其它升級(jí)可能已經(jīng)消除了一些不同版本之間的區(qū)別。
SPY-1，這是一個(gè)從未部署過的雷達(dá)測(cè)試版。
SPY-1A，目前部署在7艘最老的仍在服役的巡洋艦上，到編號(hào)CG-58(5艘更早的帶有SPY-1A但沒有垂直發(fā)射系統(tǒng)的巡洋艦已經(jīng)退役)。沒有任何裝備SPY-1A的巡洋艦已經(jīng)或?qū)⒁@得BMD能力。
SPY-1B/SPY-1B(V)，SPY-1B部署在總共15艘巡洋艦中的前6艘，從CG-59到CG-64，包括后來獲得BMD升級(jí)的CG-62。1B版本有一個(gè)比1A天線有更好副瓣特性的新型天線，這對(duì)于必須經(jīng)常工作在地海雜波環(huán)境下的宙斯盾雷達(dá)來說是很重要的。SPY-1B的平均功率是1A版本的大約兩倍，還加上其它一些改進(jìn)。平均功率的增加是通過增加雷達(dá)的占空比而不改變峰值功率來實(shí)現(xiàn)的。
SPY-1B(V)安裝在最后9艘巡洋艦上，從CG-65開始，包括4艘隨后獲得BMD升級(jí)的艦船。關(guān)于1B(V)升級(jí)的可用信息很少，它可能主要包括一組新的宙斯盾計(jì)算機(jī)，與最初的宙斯盾驅(qū)逐艦使用的計(jì)算機(jī)相同。早期的1B雷達(dá)可能已經(jīng)升級(jí)到1B(V)版本了。
SPY-1D，部署在最早的40艘驅(qū)逐艦上(從DDG-51到DDG-90)。它類似于1B(V)版本，區(qū)別為在驅(qū)逐艦上使用一個(gè)發(fā)射機(jī)為所有4個(gè)雷達(dá)陣面供電，而不是使用兩個(gè)發(fā)射機(jī)各自給2個(gè)陣面供電。這些艦船中前28艘(DDG-51 Flight I 和Flight II驅(qū)逐艦)接受了BMD升級(jí)。4艘作為EPAA的一部分部署在西班牙羅塔的宙斯盾BMD艦都是安裝的1D雷達(dá)。
SPY-1D(V)，部署在隨后的宙斯盾驅(qū)逐艦上的“沿岸作戰(zhàn)”(離海岸較近)版本的雷達(dá)，從2005年的DDG-91開始至今已有22艘。該升級(jí)增加了一些波形，用于改進(jìn)雜波抑制和動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，以提高宙斯盾雷達(dá)在地面和其他近表面雜波環(huán)境中的性能。
它還提升了至少33%的發(fā)射機(jī)平均功率，并增加了雙波束能力，能夠從背對(duì)的兩個(gè)陣面同時(shí)給出兩個(gè)波束。還未有一艘1D(V)艦獲得BMD升級(jí)。
“宙斯盾”雷達(dá)參數(shù)
每個(gè)SPY-1雷達(dá)都有四個(gè)天線陣面，每個(gè)陣面覆蓋的方位角都略大于90°。巡洋艦上的1A、1B和1B(V)版本雷達(dá)有兩個(gè)發(fā)射機(jī)，每個(gè)都是在一個(gè)艙面船室上的兩個(gè)天線陣面間復(fù)用的。驅(qū)逐艦上的1D和1D(V)版本雷達(dá)使用一臺(tái)發(fā)射機(jī)驅(qū)動(dòng)所有位于單一艙面船室上的4個(gè)天線陣面。此處描述的重點(diǎn)是1B/D版本，以及其與BMD使用相關(guān)的物理特性。
“宙斯盾”系統(tǒng)工作在S波段，從大約3.1GHz到3.5GHz(波長λ為8.6厘米到9.7厘米)。早期的描述表明，該系統(tǒng)有10MHz的“持續(xù)的相干帶寬”和40MHz的瞬時(shí)帶寬。宙斯盾系統(tǒng)的帶寬隨后明顯增加，最大可能達(dá)到400MHz。目前正在服役的宙斯盾BMD系統(tǒng)添加了輔助BSP信號(hào)處理器，使得形成的二維逆合成孔徑圖像有比以前更高的分辨率，體現(xiàn)了寬帶能力。
1999年的林肯實(shí)驗(yàn)室提出了“AN/SPY-1雷達(dá)寬帶波形概念”，它采用了由10個(gè)40MHz帶寬的脈沖構(gòu)造的從3.1GHz到3.5GHz的400MHz寬帶的波形。一篇2002年的論文引述了宙斯盾300MHz的帶寬，達(dá)到大約0.5米到1.0米的距離分辨率。
每個(gè)宙斯盾雷達(dá)系統(tǒng)都有4個(gè)雷達(dá)天線陣面。從SPY-1B開始采用了一個(gè)新型天線，雖然它表面上與SPY-1A的天線相似，卻包含了一些重大的改進(jìn)。特別是1B相對(duì)于1A版本改善了最大和平均副瓣, 并消除了天線掃描角度范圍內(nèi)的柵瓣。
這些改進(jìn)是通過將天線細(xì)分為比1A天線(68個(gè)陣，每個(gè)子陣64個(gè)單元，總共4352個(gè)單元)更多的子陣(2175個(gè)，每個(gè)子陣2個(gè)單元，總共4350個(gè)單元)，以及改進(jìn)加工和校準(zhǔn)技術(shù)。
天線陣面的物理結(jié)構(gòu)為八邊型，高度為4.06米，寬度為3.94米。在1A版本中，天線單元本身包含在一個(gè)類似六邊形中，其高度約為3.84米，寬度為3.67米。由天線單元填充的區(qū)域(孔徑)大概是大12平方米。
在1B/1D版本中，天線陣面本身(由天線單元占據(jù)的區(qū)域)比1A 天線更接近圓形，但是由于單元的數(shù)量本質(zhì)上是相同的，所以它的孔徑區(qū)域很可能也是相同的。
據(jù)報(bào)道，“宙斯盾”雷達(dá)增益G=42dB=15800，波束寬度1.7°×1.7°。然而，所述的1.7°波束寬度大于42dB增益和天線直徑對(duì)應(yīng)值，從這兩個(gè)值得到的實(shí)際波束寬度約為1.3°。
如上所述，1B和1D版本幾乎是相同的，除了1B版本使用兩部發(fā)射機(jī)，每部給兩個(gè)天線陣面供電，而1D版本只有一部發(fā)射機(jī)為所有四個(gè)天線陣面供電。然而，由于發(fā)射機(jī)明顯只能同時(shí)用于一個(gè)陣面(1D(V)可以給兩個(gè)陣面)，可以從任何天線陣面輻射的最大功率兩個(gè)版本應(yīng)該是相同的。
據(jù)報(bào)道，SPY-1A的原始版本峰值功率高達(dá)5MW，平均功率為32kW。SPY-1A的發(fā)射機(jī)輸出由32個(gè)正交場(chǎng)放大器提供，每個(gè)放大器峰值功率為132kW，最終組合成4.2MW峰值功率。
據(jù)報(bào)道，SPY-1B的平均功率為58kW，峰值功率為4-6MW。這些數(shù)值與一些報(bào)道的描述是一致的，即稱1B版本與1A峰值功率相同但平均功率高一倍(即占空比提高一倍)，具體點(diǎn)說，SPY-1B/1D采用新型CFA提高了占空比。
2004年國防科學(xué)委員會(huì)報(bào)告指出，“宙斯盾雷達(dá)系統(tǒng)的平均輻射功率孔徑為485kW㎡”。假設(shè)該報(bào)告內(nèi)容適用于SPY-1D，即天線口面12㎡，那么平均功率大概會(huì)是40kW。
這一較低的平均功率可能部分說明了，報(bào)告中提到的雷達(dá)峰值功率和平均功率是指發(fā)射機(jī)功率，而不是實(shí)際發(fā)射功率，由于發(fā)射機(jī)和天線間存在插損，實(shí)際發(fā)射功率將更小；另外，天線有效口徑是少于12㎡的，可能就像報(bào)告中提到的有1.7°x1.7°波束寬度。
宙斯盾雷達(dá)(SPY-1B版本)可以產(chǎn)生脈寬為6.4、12.7、25和51μs的脈沖，脈沖壓縮比為128。51μs的最大脈寬與1997的研究稱由“宙斯盾”雷達(dá)脈沖產(chǎn)生的電磁干擾將最多持續(xù)52μs的說法是吻合的。然而，鑒于對(duì)宙斯盾進(jìn)行了包括BMD升級(jí)在內(nèi)的許多系統(tǒng)升級(jí)，這些脈寬數(shù)值可能已經(jīng)發(fā)生了重大變化。
一篇1978年的論文指出，宙斯盾SPY-1A接收機(jī)的噪聲系數(shù)約為4.25dB=2.66。同樣，隨著系統(tǒng)的改進(jìn)和升級(jí)，這個(gè)數(shù)值可能會(huì)發(fā)生重大變化。
SPY-1D(V)是目前正在建造宙斯盾雷達(dá)的版本，2005年從DDG-91開始首次部署在美國海軍驅(qū)逐艦上。對(duì)雷達(dá)的這種升級(jí)似乎并不涉及對(duì)天線的重大改變。增加33%的占空比顯然SPY-1D(V)升級(jí)的一個(gè)需要。
在SFD-268 CFA上實(shí)現(xiàn)放大器占空比比SFD-262 CFA上增加了“超過33%”，目的是為了使用在SPY-1D(V)雷達(dá)上，部分原因是使用了改進(jìn)的冷卻技術(shù)。如果根據(jù)1B/1D版本58kW發(fā)射機(jī)平均功率計(jì)算的話，占空比增加后將使發(fā)射機(jī)平均功率達(dá)到至少77kW。
宙斯盾對(duì)特定目標(biāo)探測(cè)距離的一個(gè)公開數(shù)字是，SPY-1D“可以在165公里外跟蹤一個(gè)高爾夫大小的目標(biāo)”。高爾夫球大小(直徑1.68英寸)的球體在3.3GHz的雷達(dá)散射截面(RCS)約為σ=0.0025㎡。
這一描述是在當(dāng)時(shí)即將部署的SPY-1D(V)雷達(dá)的背景下的，用以在雜波環(huán)境下檢測(cè)迫擊炮和火炮外殼和小口徑火箭，因此推測(cè)它適用于1D(v)版本。對(duì)應(yīng)到雷達(dá)散射截面更典型的彈道導(dǎo)彈最終助推器級(jí)(1.0㎡)或彈頭(0.03㎡)，探測(cè)距離將分別能夠達(dá)到至少740公里和310公里。
如果軍艦部署在發(fā)射點(diǎn)附近，這樣的射程就足以追蹤導(dǎo)彈助推級(jí)，但它很可能只能夠在很短的時(shí)間內(nèi)跟蹤彈頭本身。最近兩份由政府贊助的報(bào)告清楚表明，目前的宙斯盾雷達(dá)對(duì)于除近程彈道導(dǎo)彈之外的所有目標(biāo)都有嚴(yán)重的局限性。
第一個(gè)報(bào)告：“有關(guān)早期彈道導(dǎo)彈防御攔截可行性的科學(xué)技術(shù)問題”，是由美國國防科學(xué)委員會(huì)(DSB)于2011年9月發(fā)布的。報(bào)告中說，“目前的“宙斯盾”艦雷達(dá)不足以支持EPAA任務(wù)的客觀需要，”而且“為全面實(shí)現(xiàn)堅(jiān)固的區(qū)域防衛(wèi)，需要比目前宙斯盾艦雷達(dá)探測(cè)距離大得多的雷達(dá)。”
第二份報(bào)告由美國國家科學(xué)院(NAS)于2012年9月發(fā)布，并沒有討論宙斯盾雷達(dá)的局限性，至少在報(bào)告的非保密部分沒有提及。該報(bào)告只展望了宙斯盾雷達(dá)在歐洲防御中的一個(gè)非常有限的作用。
在回答關(guān)于2011年美國國防科學(xué)委員會(huì)報(bào)告的結(jié)論，即宙斯盾雷達(dá)不足以支持EPAA的問題時(shí)，美國國家科學(xué)院小組聯(lián)席主席戴維?蒙塔古在宣布國家科學(xué)院報(bào)告發(fā)布的電話新聞發(fā)布會(huì)上表示，“國防科學(xué)委員會(huì)所說的是SPY-1雷達(dá)沒有足夠的能力部署在歐洲以支持導(dǎo)彈攔截，我們表示同意。”他接著說，X波段雷達(dá)必須要提供目標(biāo)跟蹤和攔截器發(fā)射的數(shù)據(jù)，所有的宙斯盾SPY-1雷達(dá)要做的是“與攔截器反復(fù)通信”。
本文來源：Union of Concerded Scientists
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般情況下，激光雷達(dá)主要用于測(cè)繪學(xué)、遙感、機(jī)器人視覺、無人駕駛等需要精密測(cè)量的領(lǐng)域，同時(shí)也是美國航空航天局火星測(cè)繪的選定技術(shù)。
沒有料到的是，它進(jìn)入大眾視野竟然是在 iPad Pro 上，蘋果將這一高精尖半導(dǎo)體技術(shù)大規(guī)模商用，同時(shí)將其縮減到如此小的體積，并引入一款成熟數(shù)碼產(chǎn)品中，足以見其在精密儀器領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備和工藝保障。
在測(cè)量方式上，iPad Pro 采用了直接飛行時(shí)間 dToF（Direct-ToF），需要高精密時(shí)鐘進(jìn)行從測(cè)量且需要產(chǎn)生短時(shí)間、高頻率、高強(qiáng)度的激光，對(duì)硬件要求比較高。相應(yīng)地，ToF 的硬件要求較低，所以目前大多廠商在紅外 ToF 里大多采用后者，比如華為 Mate、OPPO 等。
未來，紅外 ToF 將逐步向激光雷達(dá)過渡，而這個(gè)開頭由蘋果開始。
撰文 | 徐丹
編輯 | 四月
3 月 18 日晚，蘋果官方悄悄上新了 iPad Pro、MacBook Air 和 Mac mini 等數(shù)款新品。
其中新款 iPad Pro 已經(jīng)在天貓 Apple Store 官方旗艦店開啟預(yù)熱，6299 元起售，并參與 12 期分期免息。時(shí)隔近兩年，iPad Pro 系列終于迎來更新。
新版 iPad Pro 將運(yùn)行 iPadOS 13 系統(tǒng)，配備 A12Z 仿生芯片和 8 核圖片處理器，并且針對(duì)散熱架構(gòu)和性能控制進(jìn)行了加強(qiáng)，支持大型游戲、3D 設(shè)計(jì)和 4k 視頻剪輯。
同 iPad Pro 一起發(fā)布的還有 Magic Keyboard 鍵盤，以標(biāo)準(zhǔn)的 1mm 間隙設(shè)計(jì)，帶有觸控板和夜間反光功能，并采用懸浮式設(shè)計(jì)，可以支撐屏幕，加強(qiáng)了辦公屬性。
最惹眼的變化還是身后的「浴霸雙攝」，包括可以同時(shí)運(yùn)行的 1200 萬像素廣角攝像頭和 1200 萬像素超廣角攝像頭。
不管是功能設(shè)計(jì)還是海報(bào)，iPad Pro 都印證了那句產(chǎn)品標(biāo)語「代替筆記本電腦」。
然而，此次 iPad Pro 最大的變革并不僅僅在于硬件升級(jí)或者像素提升，而是攝像頭旁搭載的那顆激光雷達(dá)。
這個(gè)原本用于航天、測(cè)繪、自動(dòng)駕駛的高精尖技術(shù)如今「下凡」到了 iPad Pro 上，真正推動(dòng)了 AR 技術(shù)的落地。
iPad Pro 上所搭載的激光雷達(dá)（Light Detection And Ranging）屬于 3D 感知技術(shù)的一種，它與之前在 Google Pixel4 上搭載的用于手勢(shì)識(shí)別的毫米波雷達(dá)（millimeter wave radar）和目前 OPPO、華為等應(yīng)用在手機(jī)攝像中的 ToF 技術(shù)都不同。
雖然三者都屬于雷達(dá)技術(shù)，以飛行時(shí)間距離（Time of Flight，飛行時(shí)間）捕捉 3D 圖像。主要原理是利用雷達(dá)發(fā)射光波，光波遇到不可穿透物體會(huì)發(fā)生反射，通過記錄反射光到達(dá)接收器的時(shí)間，便能快速計(jì)算出光源與物體的距離，由此便得到一張被測(cè)物體的 3D 圖像。
雷達(dá)技術(shù)具有抗干擾性強(qiáng)、FPS 刷新率高的特點(diǎn)，所以多被應(yīng)用在動(dòng)態(tài)動(dòng)作捕捉。
但是，不同的雷達(dá)發(fā)射的光波都不一樣，從 毫米波雷達(dá) 到 相機(jī) ToF 再到 激光雷達(dá)，光源波長正在變得越來越短，頻率越來越高。根據(jù)雷達(dá)原理，頻率越高，分辨率就越高，雷達(dá)圖像也就越清晰。
毫米波雷達(dá)的光源波長最長，接收到的 3D 圖像也最模糊，在實(shí)際應(yīng)用中，Google Pixel4 也僅能支持簡(jiǎn)單的手勢(shì)識(shí)別。
手機(jī)通常采用的 ToF 技術(shù)選用的雷達(dá)波長比毫米波雷達(dá)更短，但發(fā)射的也屬于紅外面光源，接收到的是深度平面信息，成像精度雖有提升，但仍然無法捕捉高精度動(dòng) 3D 圖像，實(shí)際應(yīng)用有限。
以華為 mate30 為例，這款手機(jī)前后攝像頭都搭載了 ToF 技術(shù)，目前可支持的是 AI 凌空操作，比如凌空截取圖片、上下?lián)]手瀏覽頁面等，AR 技術(shù)的運(yùn)用并不成熟。
華為 mate30 手勢(shì)感應(yīng)
此次 iPad Pro 選用的激光雷達(dá)是可以說升級(jí)版的手機(jī) ToF 技術(shù)。特制的激光雷達(dá)發(fā)射的是脈沖紅外激光，接收單點(diǎn)位置，形成點(diǎn)云圖后再變成三維模型，精度非常高。
和傳統(tǒng)的雷達(dá)一樣，為了利用光的飛行時(shí)間（Time of Flight，ToF）測(cè)距，激光雷達(dá)發(fā)射的光波也存在兩種調(diào)制方式：脈沖調(diào)制和連續(xù)波調(diào)制。
對(duì)應(yīng)的兩種測(cè)量方式分別是直接飛行時(shí)間（Direct-ToF）和間接飛行測(cè)量（Indirect-ToF）。
由于 dToF 需要高精密時(shí)鐘進(jìn)行從測(cè)量且需要產(chǎn)生短時(shí)間、高頻率、高強(qiáng)度的激光，所以對(duì)硬件要求比較高。對(duì)應(yīng)地，ToF 的硬件要求較低，所以目前大多廠商在紅外 ToF 里大多采用后者，未來，紅外 ToF 將逐步向激光雷達(dá)過渡，而這個(gè)開頭由蘋果開始。
目前，激光雷達(dá)主要用于測(cè)繪學(xué)、遙感、機(jī)器人視覺、無人駕駛等領(lǐng)域，也是美國航空航天局火星測(cè)繪的選定技術(shù)。
沒有料到的是，它進(jìn)入大眾視野竟然是在 iPad Pro 上，蘋果將這一高精尖半導(dǎo)體技術(shù)大規(guī)模商用，同時(shí)將其縮減到如此小的體積，并引入一款成熟數(shù)碼產(chǎn)品中，足以見其在精密儀器領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備和工藝保障。
從應(yīng)用效果看，iPad Pro 搭載激光雷達(dá)后可真正支持 AR 技術(shù)的落地。蘋果給出了三個(gè)典型場(chǎng)景：AR 量身高、AR 游戲和宜家的 AR 家庭裝修。
比如 iPad Pro 的激光雷達(dá)掃描儀可以把客廳變成一個(gè)現(xiàn)實(shí)增強(qiáng) (AR) 版的《熾熱熔巖 (Hot Lava)》，這是一款電子游戲，其根據(jù)兒童的娛樂活動(dòng)設(shè)計(jì)而出，玩具可以跳到家具上以此來避開模擬中的地板熔巖。
此外，通過調(diào)用 CAD 應(yīng)用 Shapr3D，iPad Pro 的激光雷達(dá)可以掃描房間創(chuàng)建該房間的 3D 模型，然后用戶可以對(duì)該模型展開編輯、將新對(duì)象添加到房間中并使用 AR 查看實(shí)際房間中添加的對(duì)象。
而解剖學(xué)應(yīng)用 Complete anatomy，通過使用激光雷達(dá)掃描儀實(shí)時(shí)測(cè)量出某人手臂的運(yùn)動(dòng)范圍。宜家 Place 應(yīng)用也可以通過蘋果的這項(xiàng)功能掃描一個(gè)房間然后獲得與之匹配的家具推薦，用戶可以在 AR 中查看擺上去的效果。
率先將 ToF 技術(shù)應(yīng)用在手機(jī)相機(jī)技術(shù)中的是國內(nèi)的廠商，但真正將其升級(jí)，并達(dá)到更好優(yōu)良 AR 體驗(yàn)的為什么還是蘋果？
蘋果與激光雷達(dá)的淵源從它入局自動(dòng)駕駛領(lǐng)域時(shí)就已經(jīng)開始。
早在 2014 年，蘋果便以重資產(chǎn)模式入局造車，推出「泰坦計(jì)劃」，計(jì)劃復(fù)刻 iPhone 的成功，從零開始打造一款顛覆汽車行業(yè)的產(chǎn)品，并為此頻繁挖角電動(dòng)車領(lǐng)域技術(shù)工程師。但因?yàn)槿狈ο嚓P(guān)經(jīng)驗(yàn)，蘋果在這條賽道上走得磕磕絆絆，戰(zhàn)略目標(biāo)由整車制造變?yōu)樽詣?dòng)駕駛技術(shù)研究，后又調(diào)整到駕駛輔助技術(shù)研究。
到 2019 年，蘋果的駕駛輔助技術(shù)研究有了一定突破。當(dāng)時(shí)的外媒報(bào)道，蘋果正準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一款能建立起道路三維遠(yuǎn)景圖的的激光雷達(dá)傳感器，若設(shè)計(jì)成功，這將為自動(dòng)駕駛提供更安全且全方位的保障。目前，蘋果已經(jīng)與至少四家公司進(jìn)行了談判，意在尋找比目前技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的更小型、更便宜、更易量產(chǎn)的激光雷達(dá)設(shè)備。
同年，蘋果還收購前百度首席科學(xué)家吳恩達(dá)團(tuán)隊(duì)的自動(dòng)駕駛公司 Drive.ai，該公司的主要發(fā)力點(diǎn)是自動(dòng)駕駛后裝市場(chǎng)，通過提供激光雷達(dá)等硬件套件，將車輛改裝為自動(dòng)駕駛汽車。
雖然自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的研究成果一直尚未落地，但這方面的研究一定程度上有利于蘋果在激光雷達(dá)上的技術(shù)創(chuàng)新和供應(yīng)鏈積累。
值得注意的是，蘋果并未將已有的激光雷達(dá)技術(shù)在自動(dòng)駕駛方向死磕，早在 2018 年，蘋果就申請(qǐng)了相關(guān)專利，意在將這項(xiàng)高精尖技術(shù)融入日常使用的電子設(shè)備中。
2018 年年初，一家名為 TriLumina 的公司開發(fā)出了 VCSEL 技術(shù)，VCSEL 是 vertical-cavity surface-emitting laser 的縮寫，是指垂直腔面發(fā)射激光器。這種發(fā)射器生產(chǎn)成本較低、光束質(zhì)量更高，輸出功率較低，可應(yīng)用在激光雷達(dá)上。
當(dāng)大多數(shù)人認(rèn)為，激光雷達(dá)系統(tǒng)僅與自動(dòng)駕駛汽車和景觀測(cè)繪有關(guān)時(shí)，TriLumina 提出，當(dāng)激光雷達(dá)和 VSCEL 相結(jié)合，便可以應(yīng)用于混合現(xiàn)實(shí)耳機(jī)、ToF 攝像頭和 AR 等新產(chǎn)品上。
蘋果的專利主題就是激光雷達(dá)與 VCSEL 技術(shù)相結(jié)合，專注于改進(jìn)激光雷達(dá)傳感器及其使用方法。
蘋果專利圖解
在蘋果申請(qǐng)專利的具體案例中，目標(biāo)場(chǎng)景被一束或多束光所照亮和掃描。在本發(fā)明使用多光束的案例中，這些光束是利用衍射光學(xué)元件（DOE）、棱鏡、分束器或該領(lǐng)域中已知的其他光學(xué)元件來分裂光束，從而形成多光束。其他案例的多光束通常是利用多個(gè)分立激光光源產(chǎn)生。本發(fā)明案例中，多光束由如 VCSEL 或 VCSEL 陣列等單片激光陣列所產(chǎn)生。
這個(gè)專利技術(shù)很大程度上幫助了今天搭載激光雷達(dá)的 iPad Pro 產(chǎn)品的誕生。
當(dāng)國內(nèi)的手機(jī)廠商將 ToF 技術(shù)用于手機(jī)上時(shí)，圍繞 AR 應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)就已經(jīng)開始。
當(dāng)智能設(shè)備外觀創(chuàng)新、硬件升級(jí)等都到達(dá)瓶頸期，下一波移動(dòng)終端或許將是圍繞 AR 進(jìn)行革命性創(chuàng)新。
數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過幾年的發(fā)展，AR 市場(chǎng)有望在近年迎來一次大爆發(fā)。
根據(jù) IDC 預(yù)計(jì)，未來隨著 AR 技術(shù)的成熟，AR 產(chǎn)品單價(jià)的下降，AR 市場(chǎng)將會(huì)迎來新的爆發(fā)，未來全球 AR 市場(chǎng)將以超過 69% 的年均復(fù)合增速增長，到 2024 年，全球增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 2872 億元。5G 技術(shù)的應(yīng)用也可能會(huì)讓爆發(fā)節(jié)點(diǎn)提前來到。
AR 一直是蘋果業(yè)務(wù)中的重點(diǎn)。
從 2020Q1 財(cái)報(bào)看，蘋果在業(yè)務(wù)分布上有「去 iPhone 化」趨勢(shì)，雖然 iPhone 11 的銷售數(shù)據(jù)不錯(cuò)，但 iPhone 占收入比重低達(dá)占 60.94%，是近 10 年來 Q1 記錄里的新低，新的增長引擎就是可穿戴設(shè)備和智能配件。基于此考慮，蘋果未來可能會(huì)加大在 AR 方面的投入和布局。
當(dāng)然，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手們也都沒有閑著，這幾年，F(xiàn)acebook、微軟、索尼等巨頭公司都在布局 AR 市場(chǎng)，華為和 OPPO 將 ToF 技術(shù)用在攝像中可能也不僅僅只想讓它局限在「食之無味，棄之可惜」的隔空手勢(shì)感應(yīng)方面，華為在早期對(duì) ToF 的介紹中就對(duì)它在 AR 方面的應(yīng)用寄予厚望，只是限于技術(shù)瓶頸并沒有實(shí)現(xiàn)。
在這種情況下，誰先將 AR 推入千家萬戶，建立用戶認(rèn)知，誰就能率先搶占市場(chǎng)。所以，蘋果選擇了 iPad Pro。
以往蘋果在 AR 方向的投入主要是 AR 眼鏡、iwatch 等，這些設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景大多局限在技術(shù)發(fā)燒友中，很難普及到千家萬戶。而 iPad 系列產(chǎn)品則是針對(duì)用戶休閑需求開發(fā)，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛且屏幕大，游戲和影視體驗(yàn)都比 iPhone 更好，是搭載 VR 技術(shù)的絕佳載體。
而在 iPad 系列產(chǎn)品中，iPad Pro 更加強(qiáng)調(diào)專業(yè)性，功能定位于喜愛電子產(chǎn)品，追求高性能或有職業(yè)需求的人群，這類人群會(huì)更容易接受新技術(shù)。再加上 Pro 系列已有兩年未更新，成了一個(gè)雞肋的存在，AR 會(huì)是挽救它的一個(gè)重要武器。
在看蘋果在 AR 市場(chǎng)布局，雷達(dá)掃描儀構(gòu)建了技術(shù)護(hù)城河，價(jià)格適中的 iPad Pro 將 VR 推向千家萬戶，很容易引導(dǎo)公眾習(xí)慣，讓用戶喜歡上蘋果 AR 軟件。以 iPad Pro 為契機(jī)，該技術(shù)后續(xù)可能會(huì)逐漸拓展至 iPhone 上，并給自家 AR 眼鏡積累軟件和用戶。
除了推動(dòng) AR 技術(shù)的成熟，iPad Pro 的出現(xiàn)對(duì)整個(gè)激光雷達(dá)市場(chǎng)都有革命性的影響。
直到今天，激光雷達(dá)技術(shù)一直都局限在自動(dòng)駕駛汽車、環(huán)保、氣象、生態(tài)、農(nóng)業(yè)、海洋和測(cè)繪等領(lǐng)域，商用的情況非常少，市場(chǎng)一直處在緩慢增長的形勢(shì)中。2017-2022 年間全球激光雷達(dá)行業(yè)規(guī)模復(fù)合增速 25.8%，到 2022 年全球激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模超 52 億美元。
市場(chǎng)規(guī)模不大，激光雷達(dá)技術(shù)創(chuàng)新也有限，目前為止能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的公司非常少。以自動(dòng)駕駛領(lǐng)域看，據(jù)前瞻經(jīng)濟(jì)學(xué)人預(yù)測(cè)：
按 2020 年汽車年銷量 1 億臺(tái)，每臺(tái)低配（4 線或更低）激光雷達(dá)價(jià)格 150 美元、每套系統(tǒng)使用一個(gè)激光雷達(dá)計(jì)算，市場(chǎng)缺口達(dá) 13.5 億美元，在中短期內(nèi)激光雷達(dá)產(chǎn)量將決定市場(chǎng)空間。
iPad Pro 將激光雷達(dá)商用以后，以每年巨大的銷量，必將迅速催熟整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條，刺激消費(fèi)和生產(chǎn)，促進(jìn)激光雷達(dá)技術(shù)的普及。無論如何，iPad Pro 的出現(xiàn)，說明 AR 時(shí)代真的不遠(yuǎn)了。