毫米波雷達(dá)是什么 無(wú)人車(chē)如何應(yīng)用

毫米波、激光技術(shù)在無(wú)人車(chē)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(wú)人車(chē)駕駛研發(fā)過(guò)程中，常以毫米波雷達(dá)作為無(wú)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(jiàn)，毫米波技術(shù)在無(wú)人車(chē)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(wú)人車(chē)當(dāng)中。

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?tīng)柛５葌鹘y(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?tīng)柛?、電裝、TRW、富士通天、Hitachi等公司掌握。2015年，博世及大陸汽車(chē)?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(kāi)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(chē)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(lái)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)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(wú)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(chē)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(guò)200m的感知與探測(cè)。

毫米波雷達(dá)的多項(xiàng)優(yōu)勢(shì)，其目前在汽車(chē)防撞傳感器中占比較大，根據(jù)IHS的數(shù)據(jù)，毫米波/微波雷達(dá)+攝像頭在汽車(chē)防撞傳感器中占比達(dá)到了70%。

國(guó)際巨頭在毫米波雷達(dá)領(lǐng)域研究歷史久，技術(shù)積累深厚，在全球市場(chǎng)占據(jù)支配地位。車(chē)載毫米波雷達(dá)的研究主要在以德國(guó)、美國(guó)及日本為代表的一些發(fā)達(dá)國(guó)家內(nèi)展開(kāi)。目前，毫米波雷達(dá)的技術(shù)主要由博世、大陸、電裝、奧托立夫、德?tīng)柛５葌鹘y(tǒng)零部件巨頭所壟斷。下圖所示為部分國(guó)外廠商關(guān)于毫米波雷達(dá)的相關(guān)情況。

對(duì)于人類及其他生物而言，眼睛與耳朵是獲取外界環(huán)境信息不可或缺的設(shè)備。然而無(wú)人駕駛車(chē)輛要依靠機(jī)器來(lái)獲取外界信息，因此其相關(guān)設(shè)備也就替換成了雷達(dá)。信息傳播的載體也因此從光變成了無(wú)線電波。然而無(wú)論是光還是無(wú)線電波其本質(zhì)都是電磁波，其在真空中的傳播速度相同。

盡管雷達(dá)的結(jié)構(gòu)與種類不盡相同，但其基本形式是一致的，即都具備發(fā)射機(jī)、發(fā)射天線、接收機(jī)、接收天線，處理部分以及顯示器。

工作時(shí)，首先通過(guò)發(fā)射機(jī)搭載的天線將電波向某個(gè)方向發(fā)射，電波在傳播過(guò)程中如果遇到障礙物會(huì)發(fā)生反射，而天線接受到此反射波后會(huì)交給接收設(shè)備進(jìn)行處理，進(jìn)而獲取障礙物的相關(guān)信息，如通過(guò)多普勒效應(yīng)計(jì)算障礙物的速度，通過(guò)發(fā)射與接受之間的時(shí)間差計(jì)算與障礙物之間的距離等。

通常，車(chē)輛的駕駛員都是擁有駕駛證的人，其可以通過(guò)眼睛與耳朵對(duì)外界環(huán)境做出判斷，從而駕駛車(chē)輛前進(jìn)、轉(zhuǎn)彎、躲避障礙。而無(wú)人駕駛車(chē)輛的駕駛員卻從人變成了機(jī)器，所以相應(yīng)的，獲取外部信息的設(shè)備也就從眼睛與耳朵替換成了雷達(dá)。無(wú)人車(chē)通過(guò)搭載在其上的雷達(dá)設(shè)備獲取外界信息，經(jīng)過(guò)分析后做出對(duì)相應(yīng)事件的回應(yīng)。

在實(shí)際情況中，雷達(dá)的表現(xiàn)又如何呢?以通用Cruise無(wú)人車(chē)為例。通用Cruise使用了5個(gè)激光雷達(dá)和21個(gè)毫米波雷達(dá)，分別安置在車(chē)身的四周。21個(gè)毫米波雷達(dá)中有12個(gè)是由日本ALPS提供的79GHz雷達(dá)，4個(gè)ARS-408雷達(dá)兩兩安置在車(chē)身的前后，5個(gè)高分辨率雷達(dá)安裝在前后左右四個(gè)方向，其分辨率可達(dá)到4厘米。

12個(gè)79GHz毫米波雷達(dá)采用級(jí)聯(lián)方式工作，即某個(gè)對(duì)象執(zhí)行操作時(shí)判斷被關(guān)聯(lián)對(duì)象是否同步執(zhí)行操作，這種工作方式可以讓無(wú)人駕駛車(chē)輛清楚地感知到周?chē)?60°的信息，還可以同時(shí)跟蹤上千個(gè)目標(biāo)，這就極大地提高了無(wú)人駕駛車(chē)輛應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的能力。這12個(gè)79GHz毫米波雷達(dá)構(gòu)成了冗余系統(tǒng)，盡管會(huì)提高制造成本并且使得系統(tǒng)看起來(lái)稍顯臃腫，但和其帶來(lái)的安全性能提升得利益一比也就顯得微不足道了。

諸多雷達(dá)構(gòu)成的系統(tǒng)可以時(shí)時(shí)更新無(wú)人駕駛車(chē)輛周邊的地圖。因此，在某種程度上，無(wú)人駕駛車(chē)輛要顯得比人駕駛的車(chē)輛更安全。再老道的司機(jī)也不可能做到能夠時(shí)刻關(guān)注前后左右各個(gè)方位的路況，但機(jī)器駕駛員則可以無(wú)差別的對(duì)四面八方的情況做出冷靜的判斷并作出最優(yōu)解。