激光与毫米波 谁才是未来自动驾驶的大佬

来源:21ic 作者:佚名2017年02月28日 10:53
[导读] 雷达是用无线电的方法发现目标并测定他们的空间位置。因此,雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。

雷达是用无线电的方法发现目标并测定他们的空间位置。因此,雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率、方位、高度等信息。而无人驾驶主要是依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。对于无人驾驶来说 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。毫米波雷达穿透力强,激光雷达精度高,究竟应该如何选择?

从当前各家公司的路测汽车照片来看,机械式的多线束激光雷达是主流方案。

激光雷达和毫米波雷达区别

首先,科普一下什么是激光雷达。简单来说激光雷达主要是通过发射激光束来探测周遭环境,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。

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;十分昂贵。

激光雷达应用厂商——包括百度、谷歌、福特、奥迪、宝马等等。

技术上来讲,目前传统激光雷达技术已经很成熟,而固态激光雷达和混合固态激光雷达尚处于起步阶段,因此各企业当前在自动驾驶汽车使用的激光雷达,多以机械式激光雷达为主。而从整个激光雷达行业来看,高精度车载激光雷达产品生产商主要集中在国外,如美国的Velodyne、Quanegy,德国的IBEO,国内近几年也开始出现一些专注于车载激光雷达的企业,以及一些从其他领域转行而来的激光雷达企业,因看中自动驾驶汽车广阔发展前景,纷纷投身车载激光雷达产品的研发,目前来看成果显著。

所谓的毫米波雷达,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。

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。

毫米波雷应用厂商——典型代表特斯拉。

Autopilot2.0这套硬件中,除了8个摄像头和12 个全新超声波传感器之外,一个前向探测雷达引起了我们的注意。经研究,特斯拉上所使用的探测雷达为毫米波雷达,而非其他主流无人驾驶研发中所使用的激光雷。

按照目前的主流分类,汽车毫米波雷达频率主要包括77GHz和24GHz两种,其中前者波长更短,探测距离更远,因此多用于前方车辆检测;而后者则通常用在车辆周围的检测,如盲点检测。此外,也有一些其他频段的毫米波雷达,如日本的60GHz以及台湾使用的79GHz。

从整个毫米波雷达行业发展来看,无论系统还是器件,核心技术目前仍掌握在国外企业手中,如系统领域的博世、大陆、德尔福等,器件方面的飞思卡尔、英飞凌、意法半导体等。不过,近几年国内也涌现出了一些毫米波雷达相关公司,加速了行业的发展。有专家认为,相对于摄像头方面的激烈竞争,毫米波雷达更有创新性,潜在的市场空间更大,机会更多。

特别是77GHz,未来有望成为毫米波雷达主流,而在国内,加快开发国产的77GHZ毫米波雷达芯片并尽快车载应用,将是我国汽车毫米波雷达产业的机遇。据悉,北京行易道研制的 77GHz的毫米波雷达,已经成功搭载于被北汽无人驾驶汽车。

固态激光雷达与毫米波雷达相结合最佳

现阶段无人驾驶领域,用于周围环境感测的主流传感器有激光雷达、毫米波雷达、视觉传感器三种。摄像头作为视觉传感器的载体,已经成为无人驾驶汽车的核心硬件之一,而雷达设备的各个参与厂商和企业则是喜好各异。

近日,外媒报导,美商TetraVue完成1千万美元募资计划,鸿海是主要投资者之一,TetraVue的3D激光雷达技术,主攻自动驾驶汽车领域。

TetraVue主要开发3D快闪光激光雷达(3D Flash LIDAR)感测技术应用,结合固态感应器,应用在自驾车领域,可在实际驾驶环境中、提供高解析画质的 3D 影像显示,提升自动驾驶的操作体验,未来有可能取代现有的机械式感应器。

除了前面提到的百度和谷歌之外,福特以及奥迪这类的传统车厂也选择的激光雷达,值得注意的是,传统车厂所选择的激光雷达种类是混合固态激光雷达。

相对于传统360度机械旋转激光雷达来说,固态激光雷达采用基于电子部件进行数据读写的方案,去除了机械旋转部件。这样一来,其成本可大幅降低至200美元左右,并且在保证性能的情况下,缩小的体积可将其集成至传统汽车的外观中。

那么混合固态雷达又是什么样的呢?虽然从外观上看不到传统激光雷达的旋转机制,但是为了360全视角,其内部实际上仍然存在一些机械旋转部件。只是这套机械旋转部件做的非常小巧并且藏在机身内部而已。所以,为了和固态激光雷达区分开来,取名混合固态激光雷达。

激光雷达初创公司Velodyne,以及德国的Ibeo激光雷达公司都有相关的混合固态激光雷达产品。目前来看,Velodyne研发的混合固态激光雷达的售价依旧高达7999美元,但福特方面宣称量产后的售价将控制在500美元左右。

Velodyne宣称有希望将原价几万美金的激光雷达降低到成本50美元以内。

不过,固态激光雷达依然无法解决极端气候下,无法施展性能的弊端。所以说,将全天候工作的毫米波雷达与之相结合的话,必然可以大大提升无人驾驶汽车的探测性能,顺便可以摆脱传统激光雷达如全家桶一样,立在车顶而影响美观。

结语

由此可见,传统激光雷达产品短期内还难以摆脱高成本的制约,这样一来价格优势更加明显的固态激光雷达和毫米波雷达,不仅可以在性能上实现互补,还可以大大降低使用成本。2016年,Velodyne 总裁 Mike Jellen对外表示,Velodyne 的激光雷达在大规模量产情况下(订单超过百万),其售价可降至500美金。而不久后,这家公司又表示,已经成功设计出可应用于自动驾驶汽车上的全新固态技术激光雷达。在提供优质可靠的 3D 成像同时,当大规模投产后能够让产品单价降至 50 美元以下。这样一来或许可以为无人驾驶的开发提供更多的选择。

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