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雷达radia

激光雷达

激光雷达,是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成,激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去,光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲,送到显示器。

无人驾驶技术想要真正上路行驶,最关键的技术难点就在于汽车如何能对现实中复杂的交通状况了如指掌,这样一来就必须使用雷达装置。现阶段主流无人驾驶研发技术中,都选择了激光雷达,而一向“不走寻常路”的马斯克选择使用毫米波雷达。那么,两种类别的雷达技术究竟有什么区别?

激光雷达主要是通过发射激光束,来探测目标的位置、速度等特征量。车载激光雷达普遍采用多个激光发射器和接收器,建立三维点云图,从而达到实时环境感知的目的。从当前车载激光雷达来看,机械式的多线束激光雷达是主流方案。激光雷达的优势在于其探测范围更广,探测精度更高。但是,激光雷达的缺点也很明显:在雨雪雾等极端天气下性能较差,采集的数据量过大,价格十分昂贵。目前百度和谷歌无人驾驶汽车车身上的64位激光雷达,售价高达70万元人民币。激光发射器线束的越多,每秒采集的云点就越多,探测性能也就更强。然而线束越多也就代表着激光雷达的造价就更加昂贵,64线束的激光雷达价格是16线束的10倍。  

作为ADAS不可或缺的核心传感器类型,毫米波雷达从上世纪起就已在高档汽车中使用,技术相对成熟。毫米波的波长介于厘米波和光波之间,因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点,且其引导头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。

此外,毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强,相比于激光雷达是一大优势。而毫米波雷达的缺点也十分直观,探测距离受到频段损耗的直接制约(想要探测的远,就必须使用高频段雷达),也无法感知行人,并且对周边所有障碍物无法进行精准的建模。受益于技术相对成熟,毫米波雷达在单价方面,只能算是激光雷达的九牛一毛,单体价格大约在100美元左右。并且车载毫米波雷达的市场需求也相对更多,带来的规模效益有望进一步拉低成本。

毫米波雷达

首先我们要明白啥是毫米波,毫米波实质上就是电磁波。毫米波的频段比较特殊,其频率高于无线电,低于可见光和红外线,频率大致范围是10GHz—200GHz。这是一个非常适合车载领域的频段。

原理:振荡器会产生一个频率随时间逐渐增加的信号,这个信号遇到障碍物之后,会反弹回来,其时延是2倍距离/光速。返回来的波形和发出的波形之间有个频率差,这个频率差和时延是呈线性关系的:物体越远,返回的波收到的时间就越晚,那么它跟入射波的频率差值就越大。将这两个频率做一个减法,就可以得到二者频率的差频(差拍频率),通过判断差拍频率的高低就可以判断障碍物的距离。

在自动驾驶传感器领域,看上去有些沉寂的毫米波雷达开始变得热门。虽然毫米波雷达可能不如摄像头渗透率高,也不如自带光环的激光雷达那样未来感十足,但在自动驾驶领域,毫米波雷达也越来越不可或缺。相比昂贵的激光雷达,毫米波雷达无疑更接地气,更能应对复杂多变的天气条件,在技术上也较为成熟。

0124GHz和77GHz毫米波雷达

毫米波实质上就是电磁波,频率为30-300GHz(波长1-10mm)。毫米波雷达就是指工作频段在毫米波频段的雷达,测距原理跟一般雷达一样,也就是把无线电波(雷达波)发出去,然后接收回波,根据收发之间的时间差测得目标的位置数据。毫米波雷达就是这个无线电波的频率是毫米波频段。

毫米波雷达具有探测性能稳定、作用距离较长、环境适用性好等特点。与超声波雷达相比,毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、摄像头等光学传感器相比,毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候全天时的特点。

目前主流使用的车载毫米波雷达按照其频率不同,主要可分为两种:24GHz和77GHz。

24GHz频段,能够实现的ADAS功能有盲点检测、变道辅助等,在自动驾驶系统中常用于感知车辆近处的障碍物,为换道决策提供感知信息。因为侦测距离不够远,因此大部分用来做盲区、障碍物的侦测。

77GHz频段,性能良好,最大检测距离可以达到160米以上,因此常被安装在前保险杠上,正对汽车的行驶方向。长距离雷达能够用于实现紧急制动、高速公路跟车等ADAS功能,同时也能满足自动驾驶领域,对障碍物距离、速度和角度的测量需求。

2005-2013年,欧盟将24GHz、79GHz作为车载毫米波雷达的频谱,而美国使用24GHz、77GHz频带,日本选用了60-61GHz的频段。随着世界范围内76-77GHz毫米波雷达的广泛应用,日本也逐渐转入了79GHz毫米波雷达的开发中。各大国的车载雷达频段主要集中在在23-24GHz、60-61GHz和76-77GHz(79GHz)3个频段,而世界各国对毫米波车载雷达频段使用的混乱情况使得汽车行业车载雷达的发展受到了限制。