成像雷達傳感器在自動駕駛汽車中的應用解析

2020-11-26 電子發燒友

成像雷達傳感器在自動駕駛汽車中的應用解析

與非網 發表於 2019-09-24 14:52:56

業界對三種主要傳感器（攝像頭、雷達和LIDAR）在汽車中的不同作用，以及它們各自如何滿足先進駕駛輔助系統（ADAS）和自動駕駛的感測需求仍然存在一些困惑。

最近，我和我的一個朋友進行了一次有趣的討論，他知道我在研究用於ADAS系統和自動駕駛車輛（AVs）中雷達的TI毫米波（mmWave）傳感器。

每當他讀到自動駕駛汽車在不同駕駛環境下（比如障礙物檢測）運行情況的文章時都會不失時機地取笑我。其中一次的對話如下：

Matt：「如果那輛車搭載有LIDAR的話，就能輕鬆識別出車道中間的物體。」

我：「我依然不同意這樣的看法。」

Matt：「什麼？！你為什麼不同意？那輛車上裝有一個攝像頭傳感器和一個雷達傳感器，但ADAS系統仍然完全未能感測到車道中間的那輛車。」

我：「當讀到這些最近發生的事件時，你就會注意到如果攝像頭經常暴露在刺眼的強光和其他因素之下，就會導致其看不到路上的物體。它們對高對比度的光線和能見度低的情況較為敏感，如大霧、雨雪天氣。在這種情況下，雷達傳感器可能確實識別了目標。」

Matt：「儘管如此，我們仍會遇到這些ADAS和AV系統似乎很難應對的不同情況。那麼問題到底出在什麼地方呢？」

我：「ADAS的決策系統似乎依賴於作為主傳感器的攝像頭來判斷目標是否真的存在，或者是否為假警報。」

Matt：「那麼，車載雷達和攝像頭就不值得信任咯。所以只能將LIDAR作為唯一可靠的傳感器了。我說的沒錯吧？」

我：「不完全對。雖然LIDAR對能見度的敏感度不如攝像頭，但它對霧、雨、雪等天氣情況敏感。此外，LIDAR的成本還很高，可能導致其最初只能在相對高端的4級和5級自動駕駛車輛上使用。」

Matt：「這就是了！沒有一種傳感器可以使自動駕駛車輛真正可靠。我們必須將這三者結合使用，但這也意味著自動駕駛車輛的價格會非常貴。」

我：「你只說對了一部分。4級和5級自動駕駛車輛可能需要攝像頭、LIDAR和雷達這三種傳感器來提供高可靠性和全自動駕駛體驗。但是，對於更多需要部分自動駕駛且已經開始大規模量產的2級和3級經濟型車輛來說，使用TI毫米波傳感器的成像雷達能夠實現高性能和成本效益，並能夠廣泛採用ADAS功能。」

那麼，什麼是成像雷達呢？

正如我向Matt解釋的那樣，成像雷達是雷達的一個子集，因其高角解析度能夠提供清晰的圖像而得名。

成像雷達由一個傳感器配置啟用，其中多個低功率TI毫米波傳感器級聯在一起，且作為一個單元同步運行。它具有多個接收和發射通道，能夠顯著提高角解析度和雷達距離性能。當毫米波傳感器級聯在一起時，可以使用集成移相器來創建波束賦形，從而達到400米的擴展範圍。圖1顯示了評估模塊上的級聯毫米波傳感器及其天線。

圖1：一種具有四個級聯TI毫米波傳感器的成像雷達評估模塊

用於成像雷達的毫米波技術

典型的雷達傳感器直到最近才被視為車輛中的主傳感器，其主要原因在於角解析度性能較為有限。

角解析度是指在相同範圍內和相同相對速度下區分物體的能力。

一個凸顯成像雷達傳感器優勢的常見用途是能夠以高解析度識別靜態物體。典型的毫米波傳感器具有高速度、高距離解析度的性能，可以很輕鬆地識別和區分運動物體，但對靜態物體來說，其識別能力卻非常有限。

例如，為了讓傳感器「看到」車道中間停下來的車輛並將其與燈杆或柵欄區分開來，傳感器需要在仰角和方位角上都有一定的角解析度。

圖2顯示了一輛被困在隧道中的車，車內不斷冒煙。該車輛停在約100米遠處，隧道高度為3米。

圖2：來車的前雷達需要足夠高的角解析度來區分隧道和停止車輛。毫米波傳感器可以穿透任何能見度情況，比如煙。

圖3：毫米波傳感器如何利用多輸入多輸出（MIMO）雷達實現高仰角解析度。

為了識別圖2所示隧道中的車輛，傳感器需要將其與隧道頂棚和壁區分開來。

實現場景分類需要利用這些仰角和方位角解析度：

ɸ （仰角） = 反正切 （2 m/100 m） = 1.14度

ɸ （仰角） = 反正切 （3.5 m/100 m） = 2度

其中，2 m是隧道高度減去車輛高度的值，100 m是帶成像雷達的來車與停在隧道內的車輛之間的距離，3.5 m是停在隧道內的車輛與隧道壁之間的距離。

在某些天氣和能見度情況下，依賴於其它光學傳感器可能具有挑戰性。煙、霧、惡劣天氣以及明暗對比都是具有挑戰性的能見度情況，這些情況會抑制光學被動和主動傳感器，如攝像頭和LIDAR，從而導致這些傳感器可能無法識別目標。然而，在惡劣的天氣和能見度情況下，TI毫米波傳感器仍能保持強勁的性能。

目前，成像雷達傳感器是唯一能在各種天氣和能見度情況下保持強勁性能的傳感器，其在方位角和仰角上都能達到1度的角解析度（使用超解析度算法計算數值時甚至更低）。

結論

採用TI毫米波傳感器的成像雷達具有很高的靈活性，能夠以非常高的解析度感知和分類近場中的物體，同時能夠在400米以外的遠場中跟蹤目標。這種成本高效的高解析度成像雷達系統能夠使2級和3級ADAS應用以及高端4級和5級自動駕駛車輛成為可能，並可用作車輛中的主傳感器。
來源：EEFOCUS

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • 自動駕駛中雷射雷達和傳感器技術的應用
    傳感器技術、成像、雷達、光探測技術及測距技術（雷射雷達）、電子技術和人工智慧的進步，使數十種先進的駕駛員輔助系統（ADAS）得以實現，包括防撞、盲點監測、車道偏離預警和停車輔助等。通過傳感器融合實現這些系統的同步運行，可以讓完全自動駕駛的車輛監視周圍環境，並警告駕駛員潛在的道路危險，甚至採取獨立於駕駛員的躲避行動以防止碰撞。
  • LIDAR : 自動駕駛汽車的關鍵傳感器
    Homer 配備了一系列的傳感器，來理解世界並進行導航，其中的關鍵設備是 LIDAR （light detection and ranging 的縮寫）。在這篇博文中，你將會學習到更多關於 LIDAR 的知識，包括它在自動駕駛汽車空間中的起源，以及它是如何從眾多傳感器中脫穎而出的。請盡情享受這篇文章！
  • 雷射雷達加速自動駕駛汽車發展
    作為人工智慧的重要應用方向之一，近年來自動駕駛汽車的遠距離深度相機雷射雷達作為汽車理解三維空間的主流方案備受認可，不過雷射雷達目前大且貴，這使得該技術的進一步普及充滿挑戰。那麼，如何才能破解這些難題，從而讓雷射雷達更進一步推動汽車與人工智慧之間的結合與發展呢?
  • 大立科技:紅外技術可與雷射雷達等其他傳感器一道為自動駕駛汽車...
    同花順金融研究中心7月17日訊，有投資者向大立科技提問， 貴司的產品能否用於無人自動化駕駛？有沒有相關的研發、合作、訂單？公司回答表示，紅外技術在自動駕駛領域具有獨特優勢，紅外成像傳感器可在特殊的天氣條件下，如黑夜、大霧、霧霾、沙塵，對面強光照射等情況下依然具有感知識別能力。公司的大面陣非晶矽紅外成像探測器可提供更高速、更細膩紅外圖像，滿足高動態、大視場的應用需求，特別適合高速運動平臺使用。可與雷射雷達等其他傳感器一道為自動駕駛汽車提供更安全高效的解決方案。感謝您的關注，謝謝！
  • 汽車自動駕駛之雷射雷達行業深度報告
    在 L4 級自動 駕駛傳感器選型上，純視覺解決方案會存在精度、穩定性和視野等方面的局限性（如表 4）， 無法滿足高級自動駕駛對於傳感器的性能要求。」的方案會適 當降低感知數據處理環節對運算能力的要求，從而加快 L4 級自動駕駛汽車商業化部署進 程。
  • 自動駕駛汽車安全性再升一級:熱成像儀將提供更好的夜視功能
    熱成像公司 FLIR 和以色列初創公司 Adasky 正在研發應用於自動駕駛汽車的新型熱傳感器，這種熱傳感器通過識別行人、動物以及周圍環境發出的熱量，形成物體輪廓圖像，進而幫助司機發現行駛過程中的危險。
  • 特斯拉不贊成傳感器融合,自動駕駛汽車怎麼辦?
    傳感器的發展速度和水平決定了未來自動駕駛（AD）的進展快慢，這話並不過分。沒有傳感器，自動駕駛汽車就不可能實現。傳感器可以使汽車看到和感知道路上的一切，並收集安全駕駛所需的信息，通過中央處理器為汽車控制裝置發送適當的指令，如轉向、加速和制動；聯網傳感器收集的實際路徑、交通堵塞和道路障礙物信息，可以在聯網汽車之間共享；地圖信息的處理和分析可以構建從A點到B點的路線。
  • 自動駕駛相關的三大重要傳感器介紹
    不同傳感器的原理和功能各不相同，能在不同場景中發揮各自優勢，目前難以相互替代。 小編在《揭開自動駕駛汽車傳感器的神秘面紗 | 汽車黑科技（一）》中闡釋了不同傳感器的功能、應用現狀以及未來趨勢等，本文將在此基礎上進一步梳理相關傳感器代表企業和其技術及產品研發。
  • 【深度】詳解自動駕駛汽車三大主流傳感器主要功能
    要了解自動駕駛汽車的安全性，重要的是弄清楚它們是如何工作的，以及哪種類型的自動駕駛車輛傳感器可以幫助它們行駛，並識別道路上的物體以防止發生車禍。接下來工採網小編和大家一起來看看自動駕駛汽車中的傳感器技術解決方案。
  • Lunewave龍勃透鏡毫米波雷達成自動駕駛汽車「雙眼」
    誕生於美國亞利桑那州，是一家為賦能自動駕駛和5G無線網絡打造創新型傳感器的創業公司，據麥姆斯諮詢報導，近日該公司宣布完成了500萬美元種子輪融資，用於開發其突破性的雷達和天線技術。「我們非常感謝頂級投資公司FMC和其它知名戰略夥伴的鼎力支持，」Lunewave聯合創始人兼執行長John Xin（辛江）說，「FMC、寶馬、百度等其他公司在全球汽車和科技領域擁有豐富的經驗，我們期待頂尖人才的加入，加速產品開發以滿足客戶的需求。」Lunewave致力於製造專門的Luneburg lens（龍勃透鏡）天線和雷達傳感器，為自動駕駛汽車打造「雙眼」。
  • 自動駕駛傳感器種類及布置方案
    自動駕駛汽車通過傳感器來感知環境，傳感器就如同汽車的眼睛。而傳感器又分為好多種，比如攝像頭、超聲波雷達、毫米波雷達和雷射雷達等。如下圖是各種傳感器安裝位置的示意圖由於自動駕駛路線的不同，實現的自動駕駛等級不同，部署的傳感器種類略有差異，其中最為明顯的特徵是雷射雷達，由於雷射雷達的高成本和穩定性問題，以雷射雷達為主要感知單元的自動駕駛技術距離落地還有很長的路要走，而各大車企為了自動駕駛領域搶佔先機，選擇以攝像頭為主要感知器件的自動駕駛路線，尤其是傳統車企
  • 自動駕駛離不開雷達,分兩種不同類型
    ，自動駕駛的汽車對周邊環境的感知與理解，是實現自動駕駛的基本前提，所以要實現要自動駕駛的基礎是各種各樣的傳感器的協調工作，才能讓汽車「眼觀六路耳聽八方」，只有準確及時的感知到車輛周圍的道路、其他車輛、行人等信息，自動駕駛汽車的駕駛行為才會有可靠的決策依據。
  • 毫米波雷達是汽車ADAS不可或缺的核心傳感器,能夠全天候全天時工作
    ADAS主要利用安裝在車上的各式各樣傳感器收集數據，在行駛過程中隨時感知周圍的環境，收集數據，進行靜態、動態物體的識別、偵測與追蹤，並結合導航儀地圖數據，進行系統的運算與分析，從而預先讓駕駛者察覺到可能發生的危險，有效增加汽車駕駛的舒適性和安全性。目前感知環境的ADAS傳感器有攝像頭、超聲波傳感器和毫米波雷達等。當然，自動駕駛汽車還需要車載雷射雷達。
  • 汽車雷達傳感器的種類和應用
    汽車雷達傳感器的種類和應用 EDA365 發表於 2021-01-14 16:16:18   國產特斯拉的雷達傳感器 NO.1 特斯拉最近賣得很火
  • 有足夠的探測與反饋,汽車雷達傳感器
    【ZOL汽車電子】在自動駕駛汽車的技術發展過程中，自動駕駛的汽車對周邊環境的感知與理解，是實現自動駕駛的基本前提，所以要實現要自動駕駛的基礎是各種各樣的傳感器的協調工作，才能讓汽車「眼觀六路耳聽八方」，只有準確及時的感知到車輛周圍的道路
  • 【關注】自動駕駛技術與實例最全解析
    能很好的彌補了如紅外、雷射、超聲波、 攝像頭等其他傳感器在車載應用中所不具備的使用場景。 這些特性使得毫米波雷達能夠監測到大範圍內車輛的運行情況，同時對於前方車輛的速度、加速度、距離等信息的探測也更加精準，因此是自適應巡航（ACC）、自動緊急剎車(AEB) 的首選傳感器。目前24GHz毫米波雷達系統是市場的主力產品，77GHz毫米波雷達系統，是未來的趨勢。
  • 韓國創企Bitsensing研發4D雷達設備實現更安全的自動駕駛
    蓋世汽車訊據外媒報導，韓國初創公司Bitsensing希望在道路上構建一個雷達基礎設施，以提高道路安全，特別是自動駕駛汽車時代的道路安全。該公司研發了一種雷達設備，採用物聯網(IoT)技術嵌入傳感器，用於智能監控、天氣預報、自動駕駛和交通管理。
  • 韓國創企Bitsensing研發4D雷達設備 實現更安全的自動駕駛
    蓋世汽車訊 據外媒報導，韓國初創公司Bitsensing希望在道路上構建一個雷達基礎設施，以提高道路安全，特別是自動駕駛汽車時代的道路安全。該公司研發了一種雷達設備，採用物聯網（IoT）技術嵌入傳感器，用於智能監控、天氣預報、自動駕駛和交通管理。
  • 自動駕駛導航技術興起,國產毫米波雷達前景如何?
    ·國產毫米波雷達晶片廠商盤點 1.加特蘭微電子科技（上海）有限公司 加特蘭微電子致力於應用在汽車輔助及自動駕駛、安檢成像、智能家居等領域的77GHz CMOS工藝毫米波雷達晶片的研發。2017年，該公司發布了第一代77GHz毫米波雷達射頻單晶片。
  • 哪種類型的傳感器才能實現真正自動駕駛?
    圍繞自動駕駛車輛新技術應用的一個重要問題，是哪種類型的傳感器或傳感器組合能夠提供最佳的價格和性能。 這個問題很複雜，因為只有在用於控制車輛的系統能力得到表徵之後，才能按要求選擇用於執行特定任務的傳感器。自動駕駛車輛按定義可以包括三種主要系統組件。