在毫米波雷達(dá)技術(shù)上無人駕駛領(lǐng)域到底有什么作用？

毫米波、激光技術(shù)在無人車領(lǐng)域皆具有重要應(yīng)用，目前尤以毫米波相關(guān)技術(shù)更為火熱。無人車駕駛研發(fā)過程中，常以毫米波雷達(dá)作為無人駕駛傳感器之一。原因在于，毫米波傳感器相比較激光雷達(dá)以及攝像頭而言，測(cè)量距離較遠(yuǎn)，且在雨雪等惡劣天氣情形下還能維持穩(wěn)定工作。由此可見，毫米波技術(shù)在無人車領(lǐng)域內(nèi)所發(fā)揮的重要作用。這篇文章中，將向大家詳細(xì)介紹毫米波雷達(dá)的相關(guān)知識(shí)以及如何將毫米波運(yùn)用在無人車當(dāng)中。

毫米波雷達(dá)市場(chǎng)概況

目前毫米波雷達(dá)技術(shù)主要由大陸、博世、電裝、奧托立夫、Denso、德爾福等傳統(tǒng)零部件巨頭所壟斷，特別是77GHz毫米波雷達(dá)，只有博世、大陸、德爾福、電裝、TRW、富士通天、Hitachi等公司掌握。2015年，博世及大陸汽車?yán)走_(dá)市場(chǎng)占有率均為22%，并列全球第一。

博世的長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá)產(chǎn)品是其核心產(chǎn)品，探測(cè)距離可以達(dá)到250米，是目前探測(cè)距離最遠(yuǎn)的長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá)，主要用在自巡航控制系統(tǒng)ACC中。大陸較為全面，其主力產(chǎn)品則為24GHz毫米波雷達(dá)。Hella則是以24GHz雷達(dá)為其核心，客戶范圍最廣，24GHz領(lǐng)域市場(chǎng)占有率全球第一。

在毫米波雷達(dá)的頻率選擇上，各個(gè)國(guó)家主要有三種波段——24GHz、60 GHz、77 GHz，而目前正在向77GHz靠攏。歐洲和美國(guó)選擇的是對(duì)77GHz的集中研究，而日本則選用了60GHz的頻段，隨著世界范圍77G Hz毫米波雷達(dá)的廣泛應(yīng)用，日本也逐漸轉(zhuǎn)入了77GHz毫米波雷達(dá)的開發(fā)。

目前毫米波雷達(dá)主要是以24GHz SRR(Short Range Radar)系統(tǒng)+77GHz LRR(Long Range Radar)系統(tǒng)的形式出現(xiàn)，24GHz毫米波雷達(dá)主要負(fù)責(zé)短距離探測(cè)，而77GHz毫米波雷達(dá)主要負(fù)責(zé)遠(yuǎn)距離探測(cè)。

1、77GHz雷達(dá)相對(duì)于24GHz雷達(dá)體積更小。77GHz雷達(dá)波長(zhǎng)不到24GHz的三分之一，所以收發(fā)天線面積大幅減小，整個(gè)雷達(dá)的尺寸有效下降，對(duì)于追求小型化非常有利。

2、77GHz雷達(dá)可以同時(shí)滿足高傳輸功率和寬工作帶寬，同時(shí)滿足這兩點(diǎn)使得其可以同時(shí)做到長(zhǎng)距離探測(cè)和高距離分辨率。

3、77GHz雷達(dá)在天線、射頻電路、芯片等的設(shè)計(jì)和制造難度更大，技術(shù)成熟度較低，目前成本更高。

另外， ITU在2015年將79GHz劃歸為汽車安全領(lǐng)域應(yīng)用，此頻段可檢測(cè)行人并可針對(duì)多個(gè)目標(biāo)，未來可能替代24GHz成為短距離雷達(dá)，被廣泛應(yīng)用。

毫米波雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)

毫米波雷達(dá)具有波長(zhǎng)短、頻帶寬(頻率范圍大)，穿透能力強(qiáng)的特點(diǎn)，這些特點(diǎn)形成了毫米波雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)：

1、穿透能力強(qiáng)，不受天氣影響。大氣對(duì)雷達(dá)波段的傳播具有衰減作用，毫米波雷達(dá)無論在潔凈空氣中還是在雨霧、煙塵、污染中的衰減都弱于紅外線、微波等，具有更強(qiáng)的穿透能力。毫米波雷達(dá)波束窄、頻帶寬、分辨率高，在大氣窗口頻段不受白天和黑夜的影響具有全天候的特點(diǎn)。

2、體積小巧緊湊，識(shí)別精度較高。毫米波波長(zhǎng)短，天線口徑小，元器件尺寸小，這使得毫米波雷達(dá)系統(tǒng)體積小重量輕，容易安裝在汽車上。對(duì)于相同的物體，毫米波雷達(dá)的截面積大、靈敏度較高，可探測(cè)和定位小目標(biāo)。

3、可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離感知與探測(cè)。毫米波雷達(dá)分為遠(yuǎn)距離雷達(dá)(LRR)和近距離雷達(dá)(SRR)，由于毫米波在大氣中衰減弱，所以可以探測(cè)感知到更遠(yuǎn)的距離，其中遠(yuǎn)距離雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)超過200m的感知與探測(cè)。

毫米波雷達(dá)指工作在毫米波波段的雷達(dá)，是測(cè)量被測(cè)物體相對(duì)距離、相對(duì)速度、方位的高精度傳感器，早期被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，毫米波雷達(dá)傳感器開始應(yīng)用于汽車電子、無人機(jī)、智能交通等多個(gè)領(lǐng)域。

同超聲波雷達(dá)相比，毫米波雷達(dá)具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。與紅外、激光、攝像頭等光學(xué)傳感器相比，毫米波雷達(dá)穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候全天時(shí)的特點(diǎn)。另外，毫米波雷達(dá)的抗干擾能力也優(yōu)于其他車載傳感器。由于毫米波在大氣中衰減弱，所以可以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的探測(cè)與感知，其中遠(yuǎn)距離雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)超過200米的感知與探測(cè)。

目前各個(gè)國(guó)家對(duì)車載毫米波雷達(dá)分配的頻段各有不同，但主要集中在24GHz和77GHz。

頻段在24GHz左右的毫米波雷達(dá)檢測(cè)距離有限，因此常用于檢測(cè)近處的障礙物，常被用來實(shí)現(xiàn)的功能有盲點(diǎn)檢測(cè)、變道輔助等，主要為換道決策提供感知信息。

而性能良好的77GHz雷達(dá)的最大檢測(cè)距離可以達(dá)到160米以上，因此常被安裝在前保險(xiǎn)杠上，正對(duì)汽車的行駛方向。長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá)能夠用于實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)、高速公路跟車等功能;同時(shí)也能滿足自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，對(duì)障礙物距離、速度和角度的測(cè)量需求。

無人駕駛毫米波雷達(dá)毫米波雷達(dá)應(yīng)用毫米波雷達(dá)是L2及以上自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的標(biāo)配，也是當(dāng)下無人駕駛領(lǐng)域較為集中的競(jìng)爭(zhēng)熱點(diǎn)。眼下，國(guó)內(nèi)汽車?yán)走_(dá)制造商，正不斷開發(fā)和基于車載防撞雷達(dá)單片收發(fā)芯片技術(shù)的成套解決方案，匹配更多更豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。

近年來，隨著光、機(jī)、電、算等底層架構(gòu)的不斷成熟，無人駕駛汽車成為了人工智能應(yīng)用的行業(yè)熱點(diǎn)。在2019年7月召開的第四屆全球人工智能與機(jī)器人峰會(huì)上，有投資專家明確表示，2025年是無人駕駛起飛的一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，可能出現(xiàn)在美國(guó)，也可能是在中國(guó)，這取決于基礎(chǔ)設(shè)施還有最新技術(shù)的探索。

業(yè)內(nèi)專業(yè)人士稱，無人駕駛未來將會(huì)變成一個(gè)可能為客戶賺錢的資產(chǎn)，可能會(huì)產(chǎn)生比房地產(chǎn)更高的收益。另外，在中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)此前發(fā)布的“節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖”中也提到，至2020年，中國(guó)的汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)3000萬輛，駕駛輔助/部分自動(dòng)駕駛車輛的市場(chǎng)占有率將達(dá)50%。

無人駕駛的發(fā)展熱潮，拉動(dòng)了諸多技術(shù)創(chuàng)業(yè)者的紛紛涉足。近段時(shí)間以來，國(guó)內(nèi)車企關(guān)于無人駕駛汽車的研發(fā)和測(cè)試捷報(bào)頻傳。先是吉利汽車宣布將在2022年亞運(yùn)舉辦期間，在特定區(qū)域內(nèi)使用完全無人駕駛的車輛。隨后再有報(bào)道稱，百度宣稱其新一代無人巴士車阿波龍二代將很快推出。

而就在不久前，百度與中國(guó)一汽紅旗共同打造的國(guó)內(nèi)首批量產(chǎn)自動(dòng)駕駛出租車在湖南長(zhǎng)沙展開了上路測(cè)試。有消息稱，長(zhǎng)沙市民有望在年底之前率先體驗(yàn)到中國(guó)首批自動(dòng)駕駛出租車。

無人駕駛的傳感層

關(guān)于汽車智能化的技術(shù)要求，國(guó)際汽車工程師協(xié)會(huì)(SAE International)制定了一套標(biāo)準(zhǔn)，把自動(dòng)駕駛分為了L0-L5，其中L0指的是無自動(dòng)駕駛，即人工駕駛;而汽車的駕駛輔助(L1、L2)中，需要包括攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等各種傳感器的技術(shù)支持。

從技術(shù)架構(gòu)上來說，實(shí)現(xiàn)車輛無人駕駛需要兩方面需求，一是汽車內(nèi)部要求，高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS);二是汽車外部配置車聯(lián)網(wǎng)(V2X)。而其中的關(guān)鍵技術(shù)為環(huán)境感知，也就是傳感層。

傳感層被比作為車輛的眼睛，需要車載攝像頭、車載毫米波雷達(dá)、車載激光雷達(dá)和車載超聲波雷達(dá)等傳感器共同作用。

毫米波雷達(dá)在汽車領(lǐng)域其實(shí)已經(jīng)有多年應(yīng)用。汽車引入毫米波雷達(dá)最初主要是為了實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)和定距巡航，而隨著技術(shù)的發(fā)展這兩個(gè)特性也漸漸從高端車專用普及到了幾乎所有車型?？梢哉f汽車界對(duì)于毫米波雷達(dá)并不陌生，但是隨著最近自動(dòng)駕駛概念的走紅，毫米波雷達(dá)在汽車領(lǐng)域的關(guān)注度獲得了極大提升。

為什么自動(dòng)駕駛需要毫米波雷達(dá)?眾所周知，自動(dòng)駕駛中與常規(guī)汽車中傳感器最大的不同是加入了LiDAR和攝像頭，LiDAR采用激光測(cè)距技術(shù)可以獲得汽車周圍空間的三維點(diǎn)云，實(shí)現(xiàn)環(huán)境建模;而攝像頭則幫助自動(dòng)駕駛系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的語義化分割和理解。舉例來說，LiDAR可以檢測(cè)到前方若干米處有一個(gè)標(biāo)牌，而攝像頭則可以幫助理解標(biāo)牌上的內(nèi)容，是限速標(biāo)志還是和駕駛無關(guān)的廣告等。

然而，LiDAR和攝像頭都使用了光波段的電磁波，這個(gè)波段的電磁波有一個(gè)特點(diǎn)就是透射和繞射性能都不好，因此一旦有遮擋就很難使用。因此，在雨天、霧天等場(chǎng)合，LiDAR和攝像頭幾乎就無法工作了，這時(shí)候?yàn)榱四茏詣?dòng)駕駛必須依靠毫米波雷達(dá)。毫米波雷達(dá)與LiDAR最大不同的地方就是毫米波波段的電磁波不會(huì)受到雨、霧、灰塵等常見的環(huán)境因素影響，在這些場(chǎng)景下都能順利工作，因此毫米波雷達(dá)可以說是自動(dòng)駕駛穩(wěn)定工作的重要保障。

毫米波雷達(dá)無論對(duì)于奧迪這樣專注于L1-L3輔助駕駛的保守型車廠，還是對(duì)于Waymo，Uber這樣想一步到位實(shí)現(xiàn)L4-L5的激進(jìn)型自動(dòng)駕駛初創(chuàng)公司都有很重要的意義。對(duì)于傳統(tǒng)車廠來說，毫米波雷達(dá)在盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、定距巡航等原應(yīng)用上的一些漸進(jìn)式擴(kuò)展可以成為輔助駕駛(如自動(dòng)換線)中的重要組成部分，而對(duì)于激進(jìn)型自動(dòng)駕駛初創(chuàng)公司來說高精度毫米波雷達(dá)則是其無人駕駛系統(tǒng)可靠性的重要保障，結(jié)合LiDAR和攝像頭做傳感器融合可以實(shí)現(xiàn)所有氣候環(huán)境下的自動(dòng)駕駛，因此如果沒有毫米波雷達(dá)的話無人車恐怕都沒法真正上路。