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毫米波雷达是汽车ADAS不可或缺的核心传感器,能够全天候全天时工作

2018年07月10日 14:05 次阅读

科技改变生活,但安全永远第一

汽车作为人们最重要的交通工具,没有什么比它更能影响着人们的日常出行和生活方式。自1886年世界上第一辆三轮汽车诞生以来,人们就怀揣着无人驾驶的梦想,一直致力于发展和革新汽车技术。现在我们已经欣喜看到一些无人驾驶的概念车型面世,可就在今年3月,Uber自动驾驶汽车撞死行人一事给如火如荼的无人驾驶发展前景蒙上了一层阴影,也让人们意识到科技给人们带来方便和快捷的同时,必须牢记“安全永远第一”!

毫米波雷达是汽车ADAS不可或缺的核心传感器,能够全天候全天时工作

图1 世界上第一辆三轮汽车和Smart无人驾驶概念车

据麦姆斯咨询介绍,虽然真正的无人驾驶汽车还需等待时日,作为主动防护汽车驾驶安全的高级驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance Systems,简称ADAS)正在逐渐成熟和普及。ADAS主要利用安装在车上的各式各样传感器收集数据,在行驶过程中随时感知周围的环境,收集数据,进行静态、动态物体的识别、侦测与追踪,并结合导航仪地图数据,进行系统的运算与分析,从而预先让驾驶者察觉到可能发生的危险,有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性。目前感知环境的ADAS传感器有摄像头、超声波传感器和毫米波雷达等。当然,自动驾驶汽车还需要车载激光雷达。

一直以来,激光雷达因能对周围环境实现3D感知而备受自动驾驶主流者的“宠爱”。不过无论是激光雷达还是摄像头、超声波传感器,都容易受恶劣天气环境影响导致性能降低甚至失效(恶劣天气环境往往是事故高发的主要原因),因而都存在“致命”缺陷!这种时候,毫米波雷达凭借其可穿透尘雾、雨雪、不受恶劣天气影响的绝对优势,且唯一能够“全天候全天时”工作的超强能力,成为了汽车ADAS不可或缺的核心传感器之一!

下面,我们和毫米波雷达来一次“亲密接触”,了解一下它的概念和工作原理。

毫米波雷达——全天候全天时工作

毫米波雷达,顾名思义,就是工作在毫米波频段的雷达。毫米波(Millimeter-Wave,缩写:MMW),是指长度在1~10mm的电磁波,对应的频率范围为30~300GHz。如图2,毫米波位于微波与远红外波相交叠的波长范围,所以毫米波兼有这两种波谱的优点,同时也有自己独特的性质。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。

毫米波雷达是汽车ADAS不可或缺的核心传感器,能够全天候全天时工作

图2 电磁波谱

根据波的传播理论,频率越高,波长越短,分辨率越高,穿透能力越强,但在传播过程的损耗也越大,传输距离越短;相对地,频率越低,波长越长,绕射能力越强,传输距离越远。所以与微波相比,毫米波的分辨率高、指向性好、抗干扰能力强和探测性能好。与红外相比,毫米波的大气衰减小、对烟雾灰尘具有更好的穿透性、受天气影响小。这些特质决定了毫米波雷达具有全天时全天候的工作能力。

大气窗口和毫米波雷达的频段划分

通常大气层中水汽、氧气会对电磁波有吸收作用,目前绝大多数毫米波应用研究集中在几个“大气窗口”频率和三个“衰减峰”频率上。所谓的“大气窗口”是指电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段。如图3,我们可以看到毫米波传播受到衰减较小的“大气窗口”主要集中在35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz频段附近。而在60GHz、120GHz、180GHz频段附近衰减出现极大值,即“衰减峰”。一般说来,“大气窗口”频段比较适用于点对点通信,已被低空空地导弹和地基雷达所采用,而“衰减峰”频段被多路分集的隐蔽网络和系统优先选用,用以满足网络安全系数的要求。

毫米波雷达是汽车ADAS不可或缺的核心传感器,能够全天候全天时工作

图3 毫米波不同频段大气衰减趋势图

目前,各大国的车载雷达频段主要集中在在24GHz、60GHz和77GHz这3个频段,如表1展示了主要国家车载雷达频率划分情况。其中,24GHz的波长是1.25cm(虽然24GHz的波长是1.25cm,但是目前业界也依然将其称之为毫米波),60GHz是5mm,77GHz的波长则更短,只有3.9mm。正如前面所说,频率越高波长越短,分辨率、精准度就越高。所以,精度更高的77GHz雷达正努力成为汽车领域主流传感器。

表1 主要国家车载雷达频率划分情况

毫米波雷达是汽车ADAS不可或缺的核心传感器,能够全天候全天时工作

毫米波雷达的产业布局

美国、欧洲和日本在车载雷达技术研究方面处于领先地位。现在越来越多的公司和供应商投入到汽车雷达系统研制、器件开发和算法研究当中。从毫米波雷达的产业布局来看,系统目前是被海外的巨头控制着,例如大陆(ConTInental)、博世(Bosch)、海拉(Hella)、德尔福(Delphi)、奥托立夫(Autoliv)等,核心元器件也主要被英飞凌(Infineon)、德州仪器TI)、意法半导体(ST)、亚德诺半导体(ADI)等垄断。相比于国外企业,车载毫米波雷达在国内仍属于起步阶段。在24GHz雷达方面,国内少数企业研发已有成果,市场化产品即将问世;但在77GHz毫米波雷达方面仍属于初级阶段,国内只有极少数企业能做到77GHz雷达的样机阶段,产业化进程仍待突破。不过,近些年国内创新创业厂商逐渐增长,比如行易道科技、华域汽车、隼眼科技、智波科技、森思泰克、豪米波技术、意行半导体、清能华波、矽杰微电子、加特兰微电子等,并实现了部分核心技术的突破,相信打破国外企业垄断的局面指日可待!

毫米波雷达是汽车ADAS不可或缺的核心传感器,能够全天候全天时工作

图4 全球毫米波雷达产业链全景图

毫米波雷达的测距与测速原理

雷达,是英文RADAR的音译,源于Radio DetecTIon and Ranging的缩写,意思为“无线电探测和测距”,即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置,这也揭示了雷达最重要任务就是检测与目标物体的距离、速度和方向。

毫米波雷达测距原理很简单,就是把无线电波(毫米波)发出去,然后接收回波,根据收发的时间差测得目标的位置数据和相对距离。根据电磁波的传播速度,可以确定目标的距离公式为:s=ct/2,其中s为目标距离,t为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间,c为光速。

毫米波雷达测速是基于多普勒效应(Doppler Effect)原理。所谓多普勒效应就是,当声音、光和无线电波等振动源与观测者以相对速度v运动时,观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的,所以称之为多普勒效应。也就是说,当发射的电磁波和被探测目标有相对移动,回波的频率会和发射波的频率不同。当目标向雷达天线靠近时,反射信号频率将高于发射信号频率;反之,当目标远离天线而去时,反射信号频率将低于发射信号频率,如图5。由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移,它与相对速度v成正比,与振动的频率成反比。如此,通过检测这个频率差,可以测得目标相对于雷达的移动速度,也就是目标与雷达的相对速度。根据发射脉冲和接收的时间差,可以测出目标的距离。

毫米波雷达是汽车ADAS不可或缺的核心传感器,能够全天候全天时工作

图5 多普勒效应

毫米波雷达在汽车ADAS中的主要应用

对于车辆安全来说,最主要的判断依据就是两车之间的相对距离和相对速度信息,特别车辆在高速行驶中,如果两车的距离过近,是容易导致追尾事故。凭借出色的测距测速能力,毫米波雷达被广泛地应用在自适应巡航控制(ACC)、前向防撞报警(FCW)、盲点检测(BSD)、辅助停车(PA)、辅助变道(LCA)等汽车ADAS中。

通常,为了满足不同距离范围的探测需要,一辆汽车上会安装多颗短程、中程和长程毫米波雷达。其中24GHz雷达系统主要实现近距离探测(SRR),77GHz雷达系统主要实现中远距离的探测(LRR)。不同的毫米波雷达“各司其职”,在车辆前方、车身和后方发挥不同的作用。

毫米波雷达是汽车ADAS不可或缺的核心传感器,能够全天候全天时工作

图6 毫米波雷达在汽车ADAS中的主要应用

毫米波雷达的其它应用

毫米波雷达除了汽车ADAS应用,还在无人机、安防、智能交通、工业以及军用领域发挥着非常重要的作用。

·无人机:主要应用体现在定高和避障两个方面。

·安防:主要应用在一些重要的区域的安全警戒。

·智能交通:主要应用于车辆检测、交通量调查、交通事件检测、交通诱导、超速监测、电子卡口、电子警察和红绿灯控制等。

·工业:主要应用于工业液位计、挖掘机、重型推土机、高压电线塔附近安全施工、生产安全监测等。

·军用:主要应用于雷达探测、导弹制导、卫星遥感、电子对抗等。

智能毫米波雷达开发

毫米波雷达作为汽车ADAS的最核心传感器之一,目前最大的“缺陷”就是因分辨率不高,无法辨识行人和对周围障碍物进行精准的建模,而高分辨率智能雷达传感器对于实现高级自动驾驶至关重要。所以有些毫米波雷达企业正着力于开发雷达的成像技术。

为了给雷达“开眼”,各家企业各显神通,采用不同的技术进行了大胆的创新,其中表现比较突出的有:麦得威国际(Metawave)新一代成像雷达产品WARLORD和Arbe RoboTIcs公司Ultres系统。前者采用了新型的超材料天线,能发射可操控的高度定向的电磁波束,同时在雷达产品中嵌入了AI引擎,以实现对物体的发现、识别、跟踪和分类;而后者的雷达方案是基于数学算法的合成孔径雷达(SAR)成像技术,所谓SAR成像技术是指利用大带宽发射信号实现距离向高分辨率、利用相对运动等效长合成阵列实现方位向高分辨率的雷达成像技术)。虽然这些成像技术目前还有一些待改善的地方,不过都已经取得不错的突破性进展,相信在不久的L4级和L5级自动驾驶汽车上发挥重要作用。

毫米波雷达是汽车ADAS不可或缺的核心传感器,能够全天候全天时工作

图7 智能雷达实现成像

结语

虽然无人驾驶汽车大范围上路还很遥远,除了技术和成本的因素,还有相关的法律和伦理问题尚待解决。但是,ADAS作为自动驾驶的“初级形式”,已经可以让我们在特定环境内体验到未来无人驾驶汽车的乐趣!各种不同类型、不同层次的自动驾驶技术将呈现共同发展,各自覆盖不同市场需求和不同商业模式的情形。

毫米波雷达、摄像头、激光雷达等传感器各有优劣势,为了保证安全永远第一,多传感器融合是大势所趋,这也为更高阶的自动驾驶方案的实现提供了必要的技术储备。随着创新的智能3D成像雷达的技术不断完善,甚至可以奢望毫米波雷达可部分取代昂贵的激光雷达。总之,无论是现阶段的ADAS,还是更高阶的自动驾驶,甚至是终极的无人驾驶,毫米波雷达作为唯一能够全天候全天时工作的传感器都将是不可或缺的环境感知传感器,为我们的出行安全“保驾护航”!

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发表于 2018-07-06 10:00 271次阅读
苹果获关于无人驾驶汽车用户界面的相关专利授权

一种新的制造工艺从医疗设备和传感器到汽车发动机和...

这项技术有许多潜在的应用,包括医疗设备和传感器,这些设备和传感器使用循环液体来检测病人的异常或不健康...

发表于 2018-07-06 09:43 244次阅读
一种新的制造工艺从医疗设备和传感器到汽车发动机和...

英飞凌成为首家覆盖四大磁传感技术的供应商

Infineon Technologies AG(英飞凌)近日宣布推出了其首款基于TMR(隧道磁阻)...

发表于 2018-07-06 09:04 165次阅读
英飞凌成为首家覆盖四大磁传感技术的供应商

英国剑桥大学研发出低成本健康监控传感器

这是一种用有半导体性能的塑料制作的低成本传感器,能高效检测人体多项关键代谢物,未来在疾病防治方面有广...

发表于 2018-07-06 09:00 909次阅读
英国剑桥大学研发出低成本健康监控传感器

stm32+攀藤G1空气质量检测源码与参考资料下载

发表于 2018-07-06 04:08 39次阅读
stm32+攀藤G1空气质量检测源码与参考资料下载

Roadstar.ai:最了解中国的无人驾驶公司...

继CES Asia 2018斩获最佳初创公司以及最佳人工智能初创公司两项大奖后,Roadstar....

发表于 2018-07-05 18:20 209次阅读
Roadstar.ai:最了解中国的无人驾驶公司...

宝马北京研发中心正式揭幕,发力A.C.E.S.四...

北京新研发中心占地面积17000多平方米,多达290个停车位,可容纳100辆测试车进行研发测试。据...

发表于 2018-07-05 16:08 192次阅读
宝马北京研发中心正式揭幕,发力A.C.E.S.四...

诺基亚一直在5G上加大投入,并且提高在5G上的实...

Tommi表示,更为重要的商业案例是IoT,随着5G到来,万物都会是“自动化”的,将改变一切。同时,...

发表于 2018-07-05 16:06 517次阅读
诺基亚一直在5G上加大投入,并且提高在5G上的实...

自动驾驶分级可能已经过时,HAS才是主流

人们很在意自动驾驶事故的原因,这影响到最终是给汽车定罪还是给驾驶员定罪,而问题多半被指出是出自人为...

发表于 2018-07-05 15:46 270次阅读
自动驾驶分级可能已经过时,HAS才是主流

盛思锐如何逆袭成为传感器行业领头羊?

如今,我们正加速进入信息时代。在利用信息的过程中,首先要解决的就是准确获取的问题,传感器是获取自然和...

发表于 2018-07-05 15:26 200次阅读
盛思锐如何逆袭成为传感器行业领头羊?

奔驰携手赛灵思意味着什么?

今年以来,以提供高级ADAS功能著称的特斯拉频发事故,而ADAS领头羊Moileye的自动驾驶车队演...

发表于 2018-07-05 15:21 227次阅读
奔驰携手赛灵思意味着什么?

“昆仑”显百度自主研发AI芯片野心

百度AI芯片“昆仑”也是本届开发者大会上的一大亮点。李彦宏表示,“昆仑”是中国在大规模AI运算实践中...

发表于 2018-07-05 14:54 642次阅读
“昆仑”显百度自主研发AI芯片野心

自动驾驶:法雷奥宣布加入百度Apollo自动驾驶...

近日,IDC公布最新数据,2018年第一季度浪潮服务器出货量位居全球第三,同时,出货量和销售额蝉联中...

发表于 2018-07-05 14:23 417次阅读
自动驾驶:法雷奥宣布加入百度Apollo自动驾驶...

Mobileye未来可以给Valet Parki...

Mobileye的Surround Computer Vision Kit,主要由硬件组成。这是一款...

发表于 2018-07-05 11:40 420次阅读
Mobileye未来可以给Valet Parki...

芜湖森思泰克5年投入2亿,攻坚毫米波雷达难题

虽然公司成立于2015年,但早在2013年公司就已经着手组建毫米波雷达的团队,CEO秦屹在德国有着十...

发表于 2018-07-05 11:37 472次阅读
芜湖森思泰克5年投入2亿,攻坚毫米波雷达难题

智能驾驶的先决条件是什么?2020年SOP的L3...

因此从产业实际情况的角度来看,无人驾驶的落地时间表,应该看Tier1的规划。新技术对未来出行和交通领...

发表于 2018-07-05 11:35 422次阅读
智能驾驶的先决条件是什么?2020年SOP的L3...

《高度灵活的L4计算平台》的主题演讲

大家议论比较多的CPU、GPU、FPGA等,到底我们采用哪种架构?以英伟达为代表的GPU厂商,它的浮...

发表于 2018-07-05 11:28 390次阅读
《高度灵活的L4计算平台》的主题演讲

2021年将批量化实现L4-L5级别自动驾驶应用...

提到英特尔的收购,伯恩赐认为这为公司带来了积极正面的影响:“无人驾驶是一个很庞大的领域,Mobile...

发表于 2018-07-05 10:52 397次阅读
2021年将批量化实现L4-L5级别自动驾驶应用...

政府支持,英国在自动驾驶领域迅速发展

英国自从脱欧后,其产业战略已开始侧重于技术领域,而人工智能和自动驾驶技术便是英国看中的核心技术领域。...

发表于 2018-07-05 10:50 466次阅读
政府支持,英国在自动驾驶领域迅速发展

高精还是高精度?自动驾驶地图的发展之路

这里面争议最大的是L3级,现在很多的创新企业要越过L3搞L4级、搞全自动驾驶等等的说法。为什么L3级...

发表于 2018-07-05 10:47 401次阅读
高精还是高精度?自动驾驶地图的发展之路

物联网(IoT)和工业IoT(IIoT)的详细资...

物联网 (IoT) 和工业 IoT (IIoT) 目标相同,都是将传感器数据流转化成有用的信息。但是...

发表于 2018-07-05 10:47 637次阅读
物联网(IoT)和工业IoT(IIoT)的详细资...

传感器融合系统示例,谁是所有这些传感器数据的“观...

雷达和摄像头是两项传感器技术完美融合、互为补充的典范。采用这种方法的融合系统所实现的功能要远超这些独...

发表于 2018-07-05 10:42 294次阅读
传感器融合系统示例,谁是所有这些传感器数据的“观...

自动驾驶到底是什么?市面上自动驾驶现在处于何种阶...

目前,大部分的科学家、学者以及车企将自动驾驶分为三个阶段,即辅助驾驶阶段、半自动驾驶阶段、全自动驾驶...

发表于 2018-07-05 10:39 297次阅读
自动驾驶到底是什么?市面上自动驾驶现在处于何种阶...

杜尔装配:自动驾驶促进了下线测试技术的发展,对自...

杜尔装配产品公司目前正在开发新的试验台概念以及扩展和替换模块,从而满足未来测试的任务。杜尔装配产品...

发表于 2018-07-05 10:34 173次阅读
杜尔装配:自动驾驶促进了下线测试技术的发展,对自...

传统车企巨头有主导自动驾驶的决心,但核心技术尚未...

通用汽车执行副总裁兼通用汽车中国公司总裁钱惠康告诉《财经》记者,Super Cruise团队和Cru...

发表于 2018-07-05 10:29 1155次阅读
传统车企巨头有主导自动驾驶的决心,但核心技术尚未...

物联网的介绍和物联网发展的未来展望详细概述

物联网是新一代信息技术的重要组成部分,也是信息化时代的重要发展阶段。其英文名称为Internet o...

发表于 2018-07-05 10:26 467次阅读
物联网的介绍和物联网发展的未来展望详细概述

无人车实现量产,首款云端全功能AI芯片推出

此外,英特尔还与百度在自动驾驶和人工智能等领域展开合作。百度将在其开源的自动驾驶平台 Apollo ...

发表于 2018-07-05 09:48 285次阅读
无人车实现量产,首款云端全功能AI芯片推出

你为什么会抗拒物联网?

在大规模采用之前还有许多障碍。 一切都变得“聪明”。看似平凡的物品,比如水壶和烤炉,都配备了传感器和...

发表于 2018-07-05 09:34 414次阅读
你为什么会抗拒物联网?

关于在降低设计功耗的过程中如何利用控制器功能

在降低设计功耗的过程中,您是否充分利用了微控制器(MCU)中集成模数转换器(ADC)的所有功能?这篇...

发表于 2018-07-05 09:31 631次阅读
关于在降低设计功耗的过程中如何利用控制器功能

百度发布了“中国第一款云端全功能AI芯片”——“...

百度高级副总裁王海峰博士说,百度大脑3.0的核心技术突破,用一句话概括就是,多模态深度语义理解。不仅...

发表于 2018-07-05 09:25 456次阅读
百度发布了“中国第一款云端全功能AI芯片”——“...

携手推进Apollo计划,ADI与百度在自动驾驶...

2018 百度 AI 开发者大会开幕,全球首款量产无人驾驶巴士“阿波龙”量产下线,百度 Apollo...

发表于 2018-07-04 17:25 872次阅读
携手推进Apollo计划,ADI与百度在自动驾驶...

全球自动驾驶竞赛,英特尔能否拔得头筹?

Mobileye无疑是ADAS(高级驾驶辅助系统)龙头老大,这家以色列公司成立1999年,于2015...

发表于 2018-07-04 16:46 680次阅读
全球自动驾驶竞赛,英特尔能否拔得头筹?

边缘计算是否安全?为AI制定法规

能够访问大量数据的公司具有明显的市场优势。谷歌的图像识别和机器翻译工具的优势部分在于大量用户使用它们...

发表于 2018-07-04 16:36 608次阅读
边缘计算是否安全?为AI制定法规

图像处理之动态范围扩展定义与方法

辐照度重建方法处理过程:静态场景拍摄多幅不同曝光度的低动态范围图像,利用图像信息推算成像系统的响应函...

发表于 2018-07-04 16:26 326次阅读
图像处理之动态范围扩展定义与方法

据爆料:一汽将向拜腾投资2.6亿美元,拜腾计划在...

消息称,一汽集团已同意向拜腾正在进行的B轮融资中投资约2.6亿美元,而拜腾计划在B轮中共计融资5亿...

发表于 2018-07-04 16:25 153次阅读
据爆料:一汽将向拜腾投资2.6亿美元,拜腾计划在...

黑芝麻智能科技演讲实录

这是我们提出的解决方案。面对复杂的外部环境,如车、人、道路、交通标识等,通过传感器感知信号,利用控光...

发表于 2018-07-04 16:03 636次阅读
黑芝麻智能科技演讲实录

JSSC上关于传感器的论文分享

发表于 2018-07-04 04:07 52次阅读
JSSC上关于传感器的论文分享

无人机螺旋桨效率的高速电机性能

发表于 2018-06-26 09:47 534次阅读
无人机螺旋桨效率的高速电机性能

无线模块应用于大型设备上的特色

发表于 2018-06-22 09:04 369次阅读
无线模块应用于大型设备上的特色

用于机器人或无人机的低成本激光导航传感器设计

发表于 2018-06-21 10:08 411次阅读
用于机器人或无人机的低成本激光导航传感器设计

请问电流传感器怎么用_电流传感器elecfans Mall优势?

发表于 2018-06-15 15:29 240次阅读
请问电流传感器怎么用_电流传感器elecfans Mall优势?

请问永磁同步电机无速度传感器程序DUBUG出错应该怎么解决?

发表于 2018-06-14 08:27 219次阅读
请问永磁同步电机无速度传感器程序DUBUG出错应该怎么解决?

请问DSP28035自制板无法烧写出现错误501是为什么?如何解决?

发表于 2018-06-14 02:57 143次阅读
请问DSP28035自制板无法烧写出现错误501是为什么?如何解决?

ms5803-01ba压力传感器

发表于 2018-06-11 21:49 558次阅读
ms5803-01ba压力传感器