如何區(qū)分毫米波雷達和激光雷達

對于毫米波，想必大家早有所耳聞。此外，對于5G毫米波、毫米波雷達等關(guān)鍵詞，大家同樣耳熟能詳。但是，大家能準確區(qū)分毫米波雷達、激光雷達二者間的區(qū)別嗎?

一、什么是激光雷達

激光雷達，是以發(fā)射激光束探測目標的位置、速度等特征量的雷達系統(tǒng)。其工作原理是向目標發(fā)射探測信號(激光束)，然后將接收到的從目標反射回來的信號(目標回波)與發(fā)射信號進行比較，作適當處理后，就可獲得目標的有關(guān)信息，如目標距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而對飛機、導(dǎo)彈等目標進行探測、跟蹤和識別。它由激光發(fā)射機、光學(xué)接收機、轉(zhuǎn)臺和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機再把從目標反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。

二、激光雷達構(gòu)成原理

LIDAR是一種集激光，全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)三種技術(shù)與一身的系統(tǒng)，用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的DEM。這三種技術(shù)的結(jié)合，可以高度準確地定位激光束打在物體上的光斑。它又分為目前日臻成熟的用于獲得地面數(shù)字高程模型(DEM)的地形LIDAR系統(tǒng)和已經(jīng)成熟應(yīng)用的用于獲得水下DEM的水文LIDAR系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)的共同特點都是利用激光進行探測和測量，這也正是LIDAR一詞的英文原譯，即：LIght DetecTIon And Ranging - LIDAR。

激光本身具有非常精確的測距能力，其測距精度可達幾個厘米，而LIDAR系統(tǒng)的精確度除了激光本身因素，還取決于激光、GPS及慣性測量單元(IMU)三者同步等內(nèi)在因素。隨著商用GPS及IMU的發(fā)展，通過LIDAR從移動平臺上(如在飛機上)獲得高精度的數(shù)據(jù)已經(jīng)成為可能并被廣泛應(yīng)用。

LIDAR系統(tǒng)包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統(tǒng)。激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來，最終被接收器所接收。接收器準確地測量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時間。因為光脈沖以光速傳播，所以接收器總會在下一個脈沖發(fā)出之前收到前一個被反射回的脈沖。鑒于光速是已知的，傳播時間即可被轉(zhuǎn)換為對距離的測量。結(jié)合激光器的高度，激光掃描角度，從GPS得到的激光器的位置和從INS得到的激光發(fā)射方向，就可以準確地計算出每一個地面光斑的坐標X，Y，Z。激光束發(fā)射的頻率可以從每秒幾個脈沖到每秒幾萬個脈沖。舉例而言，一個頻率為每秒一萬次脈沖的系統(tǒng)，接收器將會在一分鐘內(nèi)記錄六十萬個點。一般而言，LIDAR系統(tǒng)的地面光斑間距在2-4m不等。

激光雷達的工作原理與雷達非常相近，以激光作為信號源，由激光器發(fā)射出的脈沖激光，打到地面的樹木、道路、橋梁和建筑物上，引起散射，一部分光波會反射到激光雷達的接收器上，根據(jù)激光測距原理計算，就得到從激光雷達到目標點的距離，脈沖激光不斷地掃描目標物，就可以得到目標物上全部目標點的數(shù)據(jù)，用此數(shù)據(jù)進行成像處理后，就可得到精確的三維立體圖像。

激光雷達最基本的工作原理與無線電雷達沒有區(qū)別，即由雷達發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送一個信號，經(jīng)目標反射后被接收系統(tǒng)收集，通過測量反射光的運行時間而確定目標的距離。至于目標的徑向速度，可以由反射光的多普勒頻移來確定，也可以測量兩個或多個距離，并計算其變化率而求得速度，這是、也是直接探測型雷達的基本工作原理。

三、激光雷達特點

精度高，穩(wěn)定性強。

但是激光雷達通過發(fā)射光束進行探測因此探測范圍窄，光束受遮擋后就無法正常使用，因此在雨雪霧霾天，沙塵暴等惡劣天氣不能開啟，受環(huán)境影響大。并且沒有穿透能力，探頭必須完全外露才能達到探測效果，對于安裝車輛來說影響車輛外形美觀。因此，激光雷達防撞器在使用過程中局限性較大。

四、什么是毫米波雷達

首先我們要明白啥是毫米波，毫米波實質(zhì)上就是電磁波。毫米波的頻段比較特殊，其頻率高于無線電，低于可見光和紅外線，頻率大致范圍是10GHz—200GHz。這是一個非常適合車載領(lǐng)域的頻段。目前，比較常見的車載領(lǐng)域的毫米波雷達頻段有三類。

1、24—24.25GHz這，目前大量應(yīng)用于汽車的盲點監(jiān)測、變道輔助。雷達安裝在車輛的后保險杠內(nèi)，用于監(jiān)測車輛后方兩側(cè)的車道是否有車、可否進行變道。這個頻段也有其缺點，首先是頻率比較低，另外就是帶寬(Bandwidth)比較窄，只有250MHz。

2、77GHz，這個頻段的頻率比較高，國際上允許的帶寬高達800MHz。據(jù)介紹，這個頻段的雷達性能要好于24GHz的雷達，所以主要用來裝配在車輛的前保險杠上，探測與前車的距離以及前車的速度，實現(xiàn)的主要是緊急制動、自動跟車等主動安全領(lǐng)域的功能。

3、79GHz—81GHz，這個頻段最大的特點就是其帶寬非常寬，要比77GHz的高出3倍以上，這也使其具備非常高的分辨率，可以達到5cm。

原理：振蕩器會產(chǎn)生一個頻率隨時間逐漸增加的信號，這個信號遇到障礙物之后，會反彈回來，其時延是2倍距離/光速。返回來的波形和發(fā)出的波形之間有個頻率差，這個頻率差和時延是呈線性關(guān)系的：物體越遠，返回的波收到的時間就越晚，那么它跟入射波的頻率差值就越大。

將這兩個頻率做一個減法，就可以得到二者頻率的差頻(差拍頻率)，通過判斷差拍頻率的高低就可以判斷障礙物的距離。

根據(jù)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)機構(gòu)調(diào)查，國內(nèi)2014年汽車毫米波雷達銷量約為120萬顆，2015年約為180萬顆。主要應(yīng)用為盲點檢測和后方車輛提醒的中短距雷達(24Ghz)，每車需要兩顆。

五、毫米波雷達特點

精準度高，抗干擾能力強 探測距離遠 ，呈廣角探測 ，探測范圍廣，作用時速可達到120碼以上，全天候工作，雨雪霧霾沙塵暴等惡劣天氣，均能開啟正常使用。穿透能力強，安裝也可以完全隱蔽，不影響車輛整體外觀。因此毫米波雷達技術(shù)更適用于汽車防撞領(lǐng)域。

六、激光雷達和毫米波雷達區(qū)別

簡單來說激光雷達主要是通過發(fā)射激光束來探測周遭環(huán)境，車載激光雷達普遍采用多個激光發(fā)射器和接收器，建立三維點云圖，從而達到實時環(huán)境感知的目的。

激光雷達的優(yōu)勢在于其探測范圍更廣，探測精度更高。但是，激光雷達的缺點也很明顯：在雨雪霧等極端天氣下性能較差;采集的數(shù)據(jù)量過大;十分昂貴。

技術(shù)上來講，目前傳統(tǒng)激光雷達技術(shù)已經(jīng)很成熟，而固態(tài)激光雷達和混合固態(tài)激光雷達尚處于起步階段，因此各企業(yè)當前在自動駕駛汽車使用的激光雷達，多以機械式激光雷達為主。

而從整個激光雷達行業(yè)來看，高精度車載激光雷達產(chǎn)品生產(chǎn)商主要集中在國外，如美國的Velodyne、Quanegy，德國的IBEO，國內(nèi)近幾年也開始出現(xiàn)一些專注于車載激光雷達的企業(yè)，以及一些從其他領(lǐng)域轉(zhuǎn)行而來的激光雷達企業(yè)，因看中自動駕駛汽車廣闊發(fā)展前景，紛紛投身車載激光雷達產(chǎn)品的研發(fā)，目前來看成果顯著。

所謂的毫米波雷達，就是指工作頻段在毫米波頻段的雷達，測距原理跟一般雷達一樣，也就是把無線電波(雷達波)發(fā)出去，然后接收回波，根據(jù)收發(fā)之間的時間差測得目標的位置數(shù)據(jù)。毫米波雷達就是這個無線電波的頻率是毫米波頻段。

毫米波雷達從上世紀起就已在高檔汽車中使用，技術(shù)相對成熟。毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點，且其引導(dǎo)頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點。此外，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，相比于激光雷達是一大優(yōu)勢。

毫米波雷達的缺點也十分直觀，探測距離受到頻段損耗的直接制約(想要探測的遠，就必須使用高頻段雷達)，也無法感知行人，并且對周邊所有障礙物無法進行精準的建模。