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毫米波雷达和激光雷达的对比

2018年01月30日 18:01 次阅读

  随着自动驾驶的火热,激光雷达受到前所未有的追捧,因为其具有高精度、大信息量、不受可见光干扰的优势。但我们可以注意到,目前主流的自动驾驶方案并未完全抛弃毫米波雷达,这又是什么原因呢?

  一、引子

  首先要明确,这里要讲的雷达是发射电磁波的正经雷达,而不是发射机械波的倒车雷达。

  二战军迷和历史研究者大概对雷达技术的渊源了如指掌:第一台实用雷达就是用于探测试图半夜从空中越过英吉利海峡的德农——坐着飘在天上的金属壳的德农。之后雷达既在太平洋夜战中碾压过岛国训练有素的战列舰观察兵的光荣时刻,也有过在贝卡谷地被犹太人的反辐射导弹炸成渣渣的惨痛历史。

  雷达从战争机器转职交通行业的初期伴随着无数车主的血泪——雷达测速。而现在雷达成为了车主摆脱油门的助手——自适应巡航的主传感器,以及并线的保护神——盲点监测和并线辅助用传感器,还偶尔扮演避免追尾事故的最后一道防线——自动紧急制动用传感器。

  二、构造和原理

  目前车载雷达的频率主要分为24GHz频段和77GHz频段,其中77GHz频段代表着未来的趋势:这是国际电信联盟专门划分给车用雷达的频段。严格来说77GHz的雷达才属于毫米波雷达,但是实际上24GHz的雷达也被称为毫米波雷达。

  在工程实践中,雷达天线具体实现的方法有很多种。目前车载雷达中比较常见的是平面天线阵列雷达,因为相比其他实现方式,平面雷达没有旋转机械部件,从而能保证更小的体积和更低的成本。下面以目前常见的平板天线雷达为例,介绍车载雷达的构造和原理。

  先对车载雷达有个直观地认识:

  毫米波雷达和激光雷达的对比

  来看内部结构:

  毫米波雷达和激光雷达的对比

  其中这一片就是天线阵列,如下图所示:

  毫米波雷达和激光雷达的对比

  其中从上至下分别是10条发射天线TX1,然后是2条发射天线TX2,最后是4条接收天线RX1至RX4。

  两组发射天线分别负责探测近处和远处的目标,其覆盖范围如下图所示:

  毫米波雷达和激光雷达的对比

  这里因为近处的视角(FOV)比较大,大概有90度,所以需要更多天线,而远处的视角小,大概只有20度,所以两根天线就够了。

  雷达装在车上的样子如下图所示:

  毫米波雷达和激光雷达的对比

  雷达通过天线发射和接收电磁波,所发射的电磁波并非各向均匀的球面波,而是以具有指向性的波束的形式发出,且在各个方向上具有不同的强度,如下图所示:

  毫米波雷达和激光雷达的对比

  雷达主要测量目标的三个参数:位置、速度和方位角。下面简单说说这三个参数的测量原理。

  位置和速度

  这两个参数的测量原理在小学科普课本里就讲了:雷达波由发射天线发出、被目标反射后,由接收天线接收雷达回波。通过计算雷达波的飞行时间,乘以光速再除以2就可以得到雷达和目标之间的距离。

  而根据多普勒效应,通过计算返回接收天线的雷达波的频率变化就可以得到目标相对于雷达的运动速度,简单地说就是相对速度正比于频率变化量。当目标和自车接近时,回波的频率相比发射频率有所升高,反之则频率降低。

  实现位置和速度的测量的具体方法根据雷达采用的调制方式的不同而有所不同。雷达的调制简单来说就是为了实现雷达回波的识别和飞行时间的测量,需要在雷达发射的电磁波上加入标记和时间参考。在车载雷达中主要使用幅值调制和频率调制两种方式。

  方位角

  通过并列的接收天线收到同一目标反射的雷达波的相位差计算得到目标的方位角。原理如下图所示:

  毫米波雷达和激光雷达的对比

  其中方位角αAZ可以通过两个接收天线RX1和RX2之间的几何距离d以及两天线收到雷达回波的相位差b通过简单的三角函数计算得到。

  三、应用实例

  毫米波雷达最常见的三种用途是:

  ACC(自适应巡航)

  BSD&LCA(盲点监测和变道辅助)

  AEB(自动紧急制动,通常配合摄像头进行数据融合)

  作为已经量产多年的技术,我想就不用再介绍以上功能的具体内容了。让我们来说点更有趣的事:

  a) 雷达的数据处理流程

  实现ACC等功能的核心技术是目标识别与跟踪。在接收天线收到雷达回波并解调后,控制器对模拟信号进行数字采样并做相应的滤波。接下来用FFT手段将信号变换至频域。接下来寻找信号中特定的特征,例如频域的能量峰值。在这一步还不能得到我们需要的目标,获取的仅仅是雷达波的反射点的信息。

  并且,对于很多高性能雷达来说,此时获得的多个反射点可能来自一个物体,例如一辆货车可能形成5-10个反射点。所以首先还要将很可能属于同一物体的反射点匹配到同一个反射点集群中。接下来通过跟踪各个反射点集群,形成对物体的分布的猜测。

  在下一个测量循环中,例如通过卡曼滤波,基于上一次的物体分布,预测本测量循环中可能的物体分布,然后尝试将当前得到的反射点集群与预测结果进行匹配,例如通过比较物体的位置和速度等参数。当反射点集群与上一测量循环得到的物体信息匹配成功时,就得到了该物体的“轨迹”,同时该物体的可信度增加,反之则可信度下降。只有当一个物体的可信度超过一定门限时,该物体才会成为我们关心的目标而进入所谓的目标列表。

  b) 关于雷达的两个小问题

  雷达到底能不能探测到静止目标?

  很多早期的ACC系统不会对静止物体作出反应,也就是说,如果前方有静止物体,例如在进入探测范围之前就停在前方的车辆,ACC并不会将该车作为目标,不会发出减速请求。所以有人以为雷达无法探测静止物体,这其实是一个误解。

  通过之前的叙述,我们可以看到,雷达探测能力只和物体的雷达波反射特性有关,不涉及其任何运动特性,所以只要物体的雷达反射截面足够大,该物体不存在无法探测的问题。早期ACC不对静止物体作出反应主要是由于目标分类的缘故。由于早期的雷达的角分辨率较低,导致高度方向和横向的分辨率较低,无法很好的区分可以越过的物体,例如井盖,或者可以从下方穿过的物体,例如路牌。

  所以为了避免ACC误动作,比如在高速公路上由于路牌而制动,设计成不对从探测到开始就保持的静止物体进行反应,因为无法判断该物体是基础设施还是交通参与者。另一方面,即使是早期的ACC系统,由于雷达保存了该目标的历史信息,如果已经探测到的车辆从行驶中制动到停止,系统仍然能够将该物体划分为交通参与者,从而进行制动。

  相比激光雷达的优势?

  随着自动驾驶的火热,激光雷达受到前所未有的追捧,因为其具有高精度、大信息量、不受可见光干扰的优势。但我们可以注意到,目前主流的自动驾驶方案并未完全抛弃毫米波雷达,这又是什么原因呢?

  首先就是大家都知道的天气原因。激光的波长远小于毫米波雷达(nm vs mm),所以雾霾导致激光雷达失效并不是段子。同样的原因,毫米波雷达的探测距离可以轻松超过200米,而激光雷达目前的性能一般不超过150米,所以对于高速公路跟车这样的情景,毫米波雷达能够做的更好。

  其次,毫米波雷达便宜啊,作为成熟产品,毫米波雷达目前的价格大概在1.5千左右,而激光雷达的价格目前仍然是以万作为单位计算的。并且由于激光雷达获取的数据量远超毫米波雷达,所以需要更高性能的处理器处理数据,更高性能的处理器同时也意味着更高的价格。所以对于工程师而言,在简单场景中,毫米波雷达仍然是最优选择。

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本文主要介绍了特斯拉无人驾驶安全吗_特斯拉无人驾驶事故多吗?根据当前的信息和媒体报道,在严格遵守官方...

发表于 2018-01-04 16:41 438次阅读
特斯拉无人驾驶安全吗_特斯拉无人驾驶事故多吗

国产何时才能真正量产的77G毫米波雷达

多种传感器融合是未来汽车电子发展的必然趋势,其中毫米波雷达更是其中的重中之重,据悉毫米波雷达的关键技...

发表于 2018-01-04 15:53 348次阅读
国产何时才能真正量产的77G毫米波雷达

知微传感获得盈峰资本千万级天使轮投资,用于设备投...

近日,猎云网独家获悉,以3D视觉硬件产品为核心的西安知微传感技术有限公司完成千万级天使轮融资,领投方...

发表于 2018-01-04 12:34 1371次阅读
知微传感获得盈峰资本千万级天使轮投资,用于设备投...

CES 2018 | 速腾聚创MEMS LiDAR带你跨入自动驾驶新时代

发表于 2018-01-03 16:41 393次阅读
CES 2018 | 速腾聚创MEMS LiDAR带你跨入自动驾驶新时代

AEye推出比LiDAR更智能的iDAR 可实现...

iDAR可实现快速动态感知和路径规划,结合世界首款灵敏的MOEMS LiDAR、预融合弱光摄像头、嵌...

发表于 2018-01-02 12:41 1078次阅读
AEye推出比LiDAR更智能的iDAR 可实现...

自动驾驶技术仍处于初级阶段也不影响催生并购潮

自动驾驶技术仍处于初级阶段,技术仍然不成熟。但随着时代的变化,自动驾驶技术必将成为趋势,自动驾驶催生...

发表于 2017-12-24 11:02 132次阅读
自动驾驶技术仍处于初级阶段也不影响催生并购潮

激光雷达原理、关键技术及应用的深度解析

“雷达”是一种利用电磁波探测目标位置的电子设备.电磁波其功能包括搜索目标和发现目标;测量其距离,速度...

发表于 2017-12-24 09:15 3513次阅读
激光雷达原理、关键技术及应用的深度解析

一文看懂汽车激光源和光电探测器的选择

随着传感器技术、成像技术、雷达、LiDAR、电子设备和人工智能技术的进步,光电探测器、光源和MEMS...

发表于 2017-12-20 13:10 1053次阅读
一文看懂汽车激光源和光电探测器的选择

速腾聚创夺得“2017奥迪创新实验室大赛”总冠军

发表于 2017-12-19 15:53 214次阅读
速腾聚创夺得“2017奥迪创新实验室大赛”总冠军

基于MEMS微振镜的固态激光雷达扫描模组、3D深...

近期接触到西安知微传感技术有限公司,碰巧在公司楼上,于是约了时间过去拜访,公司面积不大,使用微纳点石...

发表于 2017-12-19 09:11 2779次阅读
基于MEMS微振镜的固态激光雷达扫描模组、3D深...

基于MEMS微振镜的固态激光雷达扫描模组、3D深...

近期接触到西安知微传感技术有限公司,碰巧在公司楼上,于是约了时间过去拜访,公司面积不大,使用微纳点石...

发表于 2017-12-19 09:11 1638次阅读
基于MEMS微振镜的固态激光雷达扫描模组、3D深...

AEye利用iDAR技术 为自动驾驶及机器人提供...

AEye的iDAR技术模拟了人类视觉皮质对驾驶可能的危险性进行了评估,将激光雷达与微光摄像机相结合,...

发表于 2017-12-15 15:52 197次阅读
AEye利用iDAR技术 为自动驾驶及机器人提供...

即插即用的自动驾驶LiDAR感知算法盒子 RS-Box

发表于 2017-12-15 14:20 297次阅读
即插即用的自动驾驶LiDAR感知算法盒子 RS-Box

中国激光雷达企业排名_激光雷达产品介绍

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。以下对中国激光雷达企业及其产品进行了介...

发表于 2017-12-14 15:41 2303次阅读
中国激光雷达企业排名_激光雷达产品介绍

全球激光雷达上市公司有哪些

作为无人驾驶的关键核心技术,激光雷达正不断被认知和重视。全球激光雷达上市公司有哪些?镭神智能、思岚科...

发表于 2017-12-14 15:20 4054次阅读
全球激光雷达上市公司有哪些

毫米波雷达芯片供应商有哪些_全球毫米波雷达供应商...

毫米波雷达芯片供应商有哪些?毫米波雷达对于汽车驾驶安全而言是相当关键的零部件之一,随着无人驾驶技术的...

发表于 2017-12-14 14:06 2415次阅读
毫米波雷达芯片供应商有哪些_全球毫米波雷达供应商...

激光雷达与相机的融合 分辨率达300线以上

Innovusion团队展示了最新的半固态激光雷达样机Hi Def LiDAR。他是激光雷达与相机的...

发表于 2017-12-13 12:42 462次阅读
激光雷达与相机的融合 分辨率达300线以上

新型混合传感器 赋予汽车拥有人类的视力

有人说,假如汽车能完善到准确性和稳定性超高,同时也解决了成本问题,那么,与现在相比同一道路行驶的平均...

发表于 2017-12-13 08:56 165次阅读
新型混合传感器 赋予汽车拥有人类的视力

自制直接探测多普勒测风激光雷达的总体结构和技术参...

风是研究大气动力学和气候变化的一个重要参量,利用风的数据,可以获得大气的变化,并预见其改变,促进人类...

发表于 2017-12-11 19:50 246次阅读
自制直接探测多普勒测风激光雷达的总体结构和技术参...

军用激光雷达特点、分类及其发展简述

根据探测技术的不同,激光雷达可以分为直接探测型和相干探测型两种。 其中直接探测型激光雷达采用脉冲振幅...

发表于 2017-12-11 18:56 111次阅读
军用激光雷达特点、分类及其发展简述

消费级激光雷达的起航

发表于 2017-12-07 14:47 603次阅读
消费级激光雷达的起航

激光雷达激烈战,Velodyne推新款128线激...

激光雷达传感器在精度、分辨率、灵敏度、动态范围、传感器视角、主动探测、低误报率、温度适应性、黑暗和不...

发表于 2017-12-06 16:52 428次阅读
激光雷达激烈战,Velodyne推新款128线激...

自动驾驶摄像头、雷达、激光雷达谁才是未来的主流传...

要想在2021/2022的年度车型上实现SAE L4/L5的全自动驾驶功能,就需要应用多种传感器冗余...

发表于 2017-12-06 16:27 779次阅读
自动驾驶摄像头、雷达、激光雷达谁才是未来的主流传...

激光雷达助力无人驾驶驶出第一步

激光雷达传感器的研究人员基本在军工研究所,航天研究所,由于技术含量很高,好的产品基本靠从德国和日本进...

发表于 2017-12-04 18:05 2024次阅读
激光雷达助力无人驾驶驶出第一步

VLS-128(128线激光雷达):为更高级别的...

基于可大规模量产的半导体技术,VLS-128能在Velodyne的Megafactory中使用专有的...

发表于 2017-12-01 16:23 2367次阅读
VLS-128(128线激光雷达):为更高级别的...

【上周回顾】苹果首次披露无人车研究成果:新激光雷...

本周一,路透社援引消息人士的话称,芯片制造商Marvell Technology已同意以约60亿美元...

发表于 2017-11-27 15:28 1946次阅读
【上周回顾】苹果首次披露无人车研究成果:新激光雷...

苹果透露自动驾驶新进展,激光雷达精准识别路人

苹果首席执行官库克将自动驾驶技术称之为“人工智能项目之母”,不过在苹果的自动驾驶开发方面,该公司很少...

发表于 2017-11-22 16:43 279次阅读
苹果透露自动驾驶新进展,激光雷达精准识别路人

即时定位与地图构建技术让机器人也能认路

SLAM (simultaneous localization and mapping),也称为CM...

发表于 2017-11-16 10:13 2676次阅读
即时定位与地图构建技术让机器人也能认路

全球首辆无人驾驶电动公交可自由切换双模式,已完成...

如今的中国不仅在基础设施建设上大踏步前进,在自动驾驶汽车等新科技领域的发展也十分迅速。近日,中国国产...

发表于 2017-11-08 12:10 226次阅读
全球首辆无人驾驶电动公交可自由切换双模式,已完成...

纳雷科技CEO周坤明:24GHz毫米波雷达传感器...

纳雷科技成立于2012年,在5年中这家公司从天线设计到整个毫米波雷达产品化,过程当中也经历了很多曲折...

发表于 2017-11-06 15:21 2679次阅读
纳雷科技CEO周坤明:24GHz毫米波雷达传感器...

2017年激光雷达产业前景及融资情况

从2011年2016年3月,全球激光雷达领域的融资总额超过30亿元人民币。尽管数量不多,但资本对这个...

发表于 2017-11-06 09:01 5362次阅读
2017年激光雷达产业前景及融资情况

苹果强势进军自动驾驶汽车,车顶6个激光雷达

在全球自动驾驶汽车发展的热潮带动下,苹果公司也开始积极涉入这一领域。近日,Voyage联合创始人发布...

发表于 2017-10-24 11:44 224次阅读
苹果强势进军自动驾驶汽车,车顶6个激光雷达