【牛車實驗室】趣味解讀毫米波雷達/雷射雷達 自動駕駛的「電子眼」
2020-11-22 牛車網自動駕駛從概念化走向現實世界似乎非常迅速，對於自動駕駛的定義，簡單來說就是對大量交通數據進行運算，最終得到最優的行車路線和速度，車輛實現無人幹預的自動行駛。但是最關鍵的技術難點卻在於獲取數據，所以雷達變成了自動駕駛不可或缺的硬體。自動駕駛汽車通過雷達將複雜的交通數據全部捕獲。目前來說汽車上常見的雷達有兩種，分別是毫米波雷達和雷射雷達。
雷達是一個熟悉又陌生的詞，是英文Radar的音譯，源於radio detection and ranging的縮寫，意思為"無線電探測和測距"，即用無線電的方法發現目標並測定它們的空間位置。所以，雷達也被稱為「無線電定位」。雷達是利用電磁波探測目標的電子設備。雷達發射電磁波對目標進行照射並接收其回波，由此獲得目標至電磁波發射點的距離、距離變化率（徑向速度）、方位、高度等信息。
毫米波雷達
首先大家要明白什麼是毫米波，毫米波實質上就是電磁波。毫米波的頻段比較特殊，其頻率高於無線電，低於可見光和紅外線，頻率大致範圍是10GHz—200GHz。這是一個非常適合車載領域的頻段。當前，比較常見的車載領域的毫米波雷達頻段有三類。
A、24GHz，這個頻段目前大量應用於汽車的盲點監測、變道輔助。雷達安裝在車輛的後保險槓內，用於監測車輛後方兩側的車道是否有車、可否進行變道。這個頻段也有缺點，首先是頻率比較低，另外就是帶寬比較窄，只有250MHz。
B、77GHz，這個頻段的頻率比較高，國際上允許的帶寬高達800MHz。這個頻段的雷達性能要好於24GHz的雷達，所以主要用來裝配在車輛的前保險槓上，探測與前車的距離以及前車的速度，實現的主要是緊急制動、自動跟車等主動安全領域的功能。
C、79GHz，這個頻段最大的特點就是其帶寬非常寬，要比77GHz的高出3倍以上，這也使其具備非常高的解析度，可以達到125px。
雷達的振蕩器會產生一個頻率隨時間逐漸增加的信號，這個信號遇到障礙物之後，會反彈回來，其時延是2倍距離/光速。返回來的波形和發出的波形之間有個頻率差，這個頻率差和時延是呈線性關係的：物體越遠，返回的波收到的時間就越晚，那麼它跟入射波的頻率差值就越大。將這兩個頻率做一個減法就可得到二者頻率的差頻，通過判斷差拍頻率的高低就可以判斷障礙物的距離。
精準度高，抗幹擾能力強，則探測距離遠 。呈廣角探測 ，探測範圍廣，作用時速可達到120碼以上，全天候工作，雨雪霧霾沙塵暴等惡劣天氣均能開啟正常使用。穿透能力強，安裝也可完全隱蔽，不影響車輛整體外觀，所以毫米波雷達技術更適用於汽車防撞領域。
雷射雷達
雷射雷達是以發射雷射束探測目標的位置、速度等特徵量的雷達系統。其工作原理是向目標發射探測雷射信號，然後將接收到的從目標反射回來的信號與發射信號進行比較，作適當處理後就可獲得目標的有關信息：如目標距離、方位、高度、速度、姿態、形狀等參數，從而對飛機、飛彈等目標進行探測、跟蹤和識別。整套系統由雷射發射機、光學接收機、轉臺和信息處理系統等組成，雷射器將電脈衝變成光脈衝發射出去，光接收機再把從目標反射回來的光脈衝還原成電脈衝，送到顯示器。
雷射雷達的工作原理與雷達相近，以雷射作為信號源，由雷射器發射出的脈衝雷射，打到地面的樹木、道路、橋梁和建築物上，引起散射，一部分光波會反射到雷射雷達的接收器上，根據雷射測距原理計算，就得到從雷射雷達到目標點的距離，脈衝雷射不斷地掃描目標物，就可以得到目標物上全部目標點的數據，用此數據進行成像處理後，就可得到精確的三維立體圖像。
雷射雷達最基本的工作原理與無線電雷達沒什麼區別，由雷達發射系統發送一個信號經目標反射後被接收系統收集，通過測量反射光的運行時間而確定目標的距離。至於目標的徑向速度，可由反射光的都卜勒頻移來確定，也可測量兩個或多個距離，並計算其變化率而求得速度，這也是直接探測型雷達的基本工作原理。
雖然精度高穩定性強，但雷射雷達通過發射光束進行探測，所以探測範圍窄，光束受遮擋後就無法正常使用，因此在雨雪霧霾天，沙塵暴等惡劣天氣不能開啟受環境影響很大，沒有穿透能力。探頭必須完全外露才能達到探測效果，對於安裝車輛來說影響車輛外形美觀。
總結毫米波雷達和雷射雷達之區別
毫米波雷達從上世紀起就已在高檔汽車中使用，技術相對成熟。毫米波的波長介於釐米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優點，且其引導頭具有體積小、質量輕和空間解析度高的特點。毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，相比於雷射雷達是大優勢。毫米波雷達的缺點也十分直觀，探測距離受到頻段損耗的直接制約，想要探測的遠就必須使用高頻段雷達，也無法感知行人且對周邊所有障礙物無法進行精準的建模。
雷射雷達主要是通過發射雷射束來探測周圍的環境，車載雷射雷達普遍採用多個雷射發射器和接收器，建立三維點雲圖達到實時環境感知的目的。目前傳統雷射雷達技術已經很成熟，而固態雷射雷達和混合固態雷射雷達尚處於起步階段，因此各企業當前在自動駕駛汽車使用的雷射雷達多以機械式雷射雷達為主。雷射雷達的優勢在於其探測範圍更廣，探測精度更高。但是缺點也很明顯：在雨雪霧等極端天氣下性能較差、採集的數據量過大、成本太高。
二者雖然自身都有著不同的優缺點，單獨工作也很難完成自動駕駛任務，所以目前的自動駕駛車輛都是用兩者結合，既可以彌補對方的缺點，還能節約成本。
相關焦點
-
自動駕駛的眼睛:雷射、毫米波雷達&攝像頭三種技術產品之比較
」的觀點後，在自動駕駛領域引起軒然大波。 qT1EETC-電子工程專輯目前無人駕駛汽車上主流的「眼睛」有四種：毫米波雷達、雷射雷達、超聲波雷達、攝像頭。qT1EETC-電子工程專輯比較常見的車載領域的毫米波雷達頻段有三類。 -
自動駕駛導航技術興起,國產毫米波雷達前景如何?
在汽車防撞傳感器當中，根據工作原理和工作過程不同，分為超聲波雷達、紅外雷達、雷射雷達以及毫米波雷達。 ·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。 -
無人駕駛黑科技:毫米波雷達穿透力強,雷射雷達精度高
上周，特斯拉發布了一條最新消息，當前所有在產車型（包括即將上市的Model 3）都將搭載Autopilot2.0硬體，並且新的自動駕駛系統可以實現最高級別自動駕駛（Level 5）。這套硬體中，除了8個攝像頭和12個全新超聲波傳感器之外，一個前向探測雷達引起了鎂客君的注意。 -
毫米波雷達與雷射雷達兩種類別的雷達技術究竟有什麼區別?
ADAS系統需要多種傳感器配合工作，毫米波雷達由於其眾多優勢，成為ADAS不可或缺的核心傳感器，也是自動駕駛和無人駕駛的關鍵傳感器。雖然毫米波雷達可能不如攝像頭滲透率高，也不如自帶光環的雷射雷達那樣未來感十足，但在自動駕駛領域，毫米波雷達也越來越不可或缺。相比昂貴的雷射雷達，毫米波雷達無疑更接地氣，更能應對複雜多變的天氣條件，在技術上也較為成熟。 0124GHz和77GHz毫米波雷達 毫米波實質上就是電磁波，頻率為30-300GHz（波長1-10mm）。 -
毫米波雷達進入成像時代,低線束雷射雷達危險了!
毫米波雷達以較低的成本、較早上車的發展歷程和ADAS系統標配的身份迎來新的技術發展浪潮，成為各國企業追逐的產業新高地。 即日起，車東西推出自動駕駛產業系列報導之毫米波雷達專輯，將以行業趨勢拆解分析、行業大咖深度對話、創業公司追蹤報導等角度，全景掃描產業現狀，解讀未來大勢，本文為毫米波雷達專輯之一。 -
自動駕駛的未來,是雷射雷達還是視覺識別?
首先我們來看看特斯拉跟雷射雷達還有計算機視覺識別的軼聞。 在特斯拉CEO馬斯克眼中，雷射雷達是一種落後的東西，他在2019年4月曾經說過：「雷射雷達和高精度地圖都是自動駕駛中錯誤的解決方案, 只會減慢自動駕駛商業化的速度。如果你只是在限制區域行駛, 那也不能叫做自動駕駛。」 -
雷射雷達vs純計算機視覺 自動駕駛的兩大流派
雷射雷達流派和純計算機視覺流派一直在自動駕駛技術中的感知層解決方案上喋喋不休。雷射雷達派認為純視覺算法在數據形式和精度上的不足；純視覺流派則認為雷射雷達不必要且過於昂貴。本文將對雷射雷達、攝像頭以及毫米波雷達等主流傳感器、各自動駕駛公司的解決方案以及傳感器市場格局作介紹。 -
無人駕駛的雷達黑科技:毫米波穿透力強 雷射雷達精度高
上周，特斯拉發布了一條最新消息，當前所有在產車型（包括即將上市的Model 3）都將搭載Autopilot2.0硬體，並且新的自動駕駛系統可以實現最高級別自動駕駛（Level 5）。 這套硬體中，除了8個攝像頭和12個全新超聲波傳感器之外，一個前向探測雷達引起了注意。 -
汽車自動駕駛之雷射雷達行業深度報告
自動駕駛的環境監測傳感器主要包括攝像頭和雷達兩類：1）攝像頭通過圖像識別技 術實現距離測量、目標識別等功能；2）雷達利用發射波和反射波之間的時間差、相位差 獲得目標物體的位置和速度等數據，按所使用的不同類型的波，雷達可以分為毫米波雷達、 雷射雷達、超聲波雷達三類。 -
毫米波雷達
伴隨著這一趨勢，自動駕駛汽車應用而生，且國內很多自動駕駛研發企業快速成長。「自動駕駛」等相關熱詞也一直是行業關注的焦點。各位可知道，自動駕駛核心技術包括：V2X、高精度地圖定位、人機互動、車輛決策、車用雷達、計算平臺、信息安全、感知算法等八大類。今天我們就細聊一下車用雷達這個事兒。自動駕駛汽車作為解放人類雙手和提升效率的未來出行工具，需要大量黑科技加持，其中傳感器是其底層支撐的重要部分，車用毫米波雷達就扮演了傳感器的角色。 -
實現高級自動駕駛,一定要用雷射雷達嗎?
在技術之爭上，支持雷射雷達的一派和支持純視覺計算的一派還在吵得不可開交，同時也還有技術廠商試圖用毫米波雷達來取代雷射雷達。可見雷射雷達在高級自動駕駛所處的「C位」的地位仍然面臨挑戰。為什麼大多數的自動駕駛公司都認可雷射雷達技術？而偏偏又有少數公司不走「尋常路」，不接雷射雷達的招？箇中原因嘛？既有傳感器的技術路線之爭，也有自動駕駛車企對商業路線的判斷。 -
自動駕駛「三駕馬車」之毫米波雷達,原理其實蠻簡單
雷射雷達、毫米波雷達、攝像頭，被稱為自動駕駛傳感系統的「三駕馬車」。雷射雷達很貴，攝像頭有先天缺陷，但毫米波雷達卻是所有高級別自動駕駛ADAS不可或缺的標配，本文從科普角度為讀者介紹毫米波雷達。，不受目標物體形狀和顏色的幹擾因此，毫米波雷達很好彌補了紅外、雷射、攝像頭等其他傳感器在車載應用中所不具備的使用場景。 -
自動駕駛離不開雷達,分兩種不同類型
【ZOL汽車電子】雷達是自動駕駛的關鍵部件，雷達能及時反饋複雜的路況，由汽車的中央處理器再做出正確的決策，按照正確的路線行駛，還要規避各種車輛和行人，天氣好的時候普通雷達就能勝任，而惡劣天氣下，如雨霧天氣就要靠雷射雷達才能更高的反饋精度。所以，雷達分兩類。 -
Lunewave龍勃透鏡毫米波雷達成自動駕駛汽車「雙眼」
打開APP Lunewave龍勃透鏡毫米波雷達成自動駕駛汽車「雙眼」 胡薇 發表於 2018-09-27 10:39:42 Lunewave -
漫談自動駕駛雷射雷達和新型探測技術
說到「雷達」，小夥伴們的腦海裡大概立馬能蹦出戰爭片中「報告長官，雷達上發現敵艦靠近！」這樣的對白。這裡所謂的「雷達」（Radar）一般是指利用電磁波探測目標的電子設備，全稱是Radio Detection and Ranging，無線電探測和測距，很多人也叫它「無線電定位」。 -
雷射雷達加速自動駕駛汽車發展
編者按：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。遠距深度相機識別精度低，工作距離遠，可用於手勢、動作和姿態識別，無人駕駛避障、路徑規劃等，其中自動駕駛系統中常用的雷射雷達就屬於遠距深度相機。 -
毫米波雷達及其應用
位置、速度和方位角監測是毫米波雷達擅長之處,再結合毫米波雷達較強的抗幹擾能力,可以全天候全天時穩定工作,因此毫米波雷達被選為汽車核心傳感技術。毫米波雷達與雷射雷達隨著自動駕駛的火熱,雷射雷達受到前所未有的追捧,因為其具有高精度、大信息量、不受可見光幹擾的優勢。 -
理工睿行:專業毫米波雷達為無人駕駛汽車提供「智慧之眼」
國內知名的毫米波雷達解決方案提供商理工睿行，在論壇上由理工睿行總經理金燁博士發表的《分布式高解析度車載毫米波雷達技術研究》演講，提出了一種基於分布式車載雷達新體制，探索毫米波雷達在無人駕駛汽車實際應用的新思路。 -
一文解讀毫米波雷達的發展現狀及發展趨勢
毫米波雷達是測量被測物體相對距離、現對速度、方位的高精度傳感器，早期被應用於軍事領域，隨著雷達技術的發展與進步，毫米波雷達傳感器開始應用於汽車電子、無人機、智能交通等多個領域。 目前各個國家對車載毫米波雷達分配的頻段各有不同，但主要集中在24GHz和77GHz，少數國家（如日本）採用60GHz頻段。 -
自動駕駛的寵兒!雷射雷達如何降價百倍走向普及【附PPT】
2、雷射雷達在自動駕駛的應用具體而言，在自動駕駛中，單線與多線雷射雷達的應用略有不同，多線雷射雷達可以和其他傳感器融合，進行三維重建、對被測物體進行識別判斷，完成無人駕駛（高等級自動駕駛）的環境感知；單線雷射雷達可用於ADAS功能，輔助車輛尤其是大型貨車實現前後向碰撞預警和盲區監測等功能，提高道路安全等級。