探地雷達(dá) — 將是自動(dòng)駕駛車輛傳感領(lǐng)域的下一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)嗎？

著力為自動(dòng)駕駛汽車提供探地雷達(dá)的兩家公司對(duì)于未來主流市場(chǎng)有著不同的看法。

Wavesense 公司的技術(shù)可以收集一組相對(duì)較小的低分辨率圖像，并與 GPS 等定位技術(shù)進(jìn)行索引，從而精確定位車輛的位置。（圖片來源：Wavesense)

目前，大多數(shù)自動(dòng)駕駛汽車的定位策略都在試圖復(fù)制人類駕駛員感知世界的方式。但 WaveSense 公司首席執(zhí)行官 Tarik Bolat 認(rèn)為，要想真正實(shí)現(xiàn)可靠的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，必須打開一些新思路。他說，“技術(shù)人員需要為車輛提供更多的可用數(shù)據(jù)，而不僅僅止步于為車輛提供人類駕駛員所能感知的一切就行了?！睂?duì)此，Bolat 給出的解決方案是使用采用步進(jìn)頻率的連續(xù)波探地雷達(dá)，感知人眼看不到的地下 10 英尺（3 米）的位置。 WaveSense 及其競(jìng)爭對(duì)手Geophysical Survey Systems 公司（下簡稱 GSSI 公司）都使用了來自麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)。該技術(shù)由林肯實(shí)驗(yàn)室開發(fā)而成，并在 2013 年完成部署，當(dāng)時(shí)的主要目的是幫助阿富汗美軍免受地雷威脅。這兩家公司都對(duì)MIT 技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，以提高其在汽車應(yīng)用中的性能，而且均將該技術(shù)用于“定位”而非“感知”目的。這種技術(shù)的實(shí)現(xiàn)離不開探地雷達(dá)（LGPR），需要將探地雷達(dá)安裝在車輛底盤之下，繪制一幅由地下土壤密度、植物根莖、巖石、空洞及地下公用基礎(chǔ)設(shè)施分布情況的地圖。 此后，當(dāng)同樣配備 LGPR 設(shè)備的車輛駛?cè)氲貓D覆蓋的區(qū)域時(shí)，即可通過地面特征（類似指紋）來精確定位車輛的位置。由于這些標(biāo)記位于地面以下，因此不受惡劣天氣的影響。此外，該技術(shù)也適用于一些建筑環(huán)境雷同或 GPS 短暫失靈的情況。

地上傳感器非常適合在地面之上感知周圍車輛。探地雷達(dá)則主要基于更加靜態(tài)的地面下特征，因此也經(jīng)常被視為更加可靠。（圖片來源：GSSI公司）

兩家雷達(dá)公司的故事 作為全球唯一兩家積極探索探地雷達(dá)的機(jī)構(gòu)，GSSI 和 WaveSense 公司均獲許可使用麻省理工學(xué)院林肯實(shí)驗(yàn)室的同一種基礎(chǔ)技術(shù)。然而，WaveSense公司似乎對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)更有“占有欲”，并聲稱本公司為麻省理工定位用探地雷達(dá)系列專利組合的“全球獨(dú)家許可方”。WaveSense 是一家位于 Somerville 市的眾籌初創(chuàng)公司，成立于 2017 年，一直致力于汽車應(yīng)用開發(fā)。 與此同時(shí)，GSSI 是一家總部位于新罕布什爾州 Nashua 市的具有 50 年歷史的老牌公司，致力于將 LPGR 技術(shù)用于包括建筑、地球物理和考古學(xué)等各行各業(yè)。此外，這兩家公司同樣使用了一組相對(duì)較小的低分辨率圖像，并通過與 GPS 等其他定位技術(shù)進(jìn)行索引，從而達(dá)到精確定位車輛位置的目的，而且這兩家公司聲稱的精度同樣為大約 4 厘米。

GSSI 公司首席技術(shù)官 David Cist 認(rèn)為，探地雷達(dá)技術(shù)在商用車和乘用車上的實(shí)用性仍待進(jìn)一步觀察。（圖片來源：GSSI公司）

WaveSense 公司表示，繪制和探測(cè)探地技術(shù)的主要差別在于經(jīng)緯精確度。GSSI 公司的說法類似，但同時(shí)表示車輛系統(tǒng)主要可以利用的是繪制與探測(cè)環(huán)境的關(guān)聯(lián)程度。“如果你距離我不到50米”GSSI 首席技術(shù)官 David Cist 表示，“那在絕大多數(shù)情況下，我們都能把你的位置精準(zhǔn)定位在 4 厘米之內(nèi)。”GSSI 公司正在與一家正在測(cè)試自動(dòng)駕駛汽車定位技術(shù)的德國汽車 OEM 合作。 WaveSense 公司正在與少數(shù)幾家汽車 OEM 和一級(jí)供應(yīng)商合作。這些合作方主要來自美國和歐洲，也也有已經(jīng)有合作意向的亞洲公司。WaveSense 公司的 Bolat 看起來對(duì)這項(xiàng)技術(shù)信心十足。Bolat 表示，“WaveSense 公司別出心裁地解決了標(biāo)準(zhǔn) [自動(dòng)駕駛計(jì)算]‘堆棧’目前尚無法解決的誤差問題?！? 但 GSSI 公司的 Cist 更加謹(jǐn)慎?！癓GPR 技術(shù)在許多層面上都仍有待證明，”他說，“這項(xiàng)技術(shù)的當(dāng)下進(jìn)展很容易被夸大。我認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)在真正可以應(yīng)用至商用汽車之前，還有很長的路要走。”

Wavesense 公司表示，公司的探地技術(shù)可以分析 20 厘米厚的混凝土層，從而將車輛在停車場(chǎng)內(nèi)的精確位置縮小在 5 厘米誤差之內(nèi)。（圖片來源：Wavesense)

纖薄橋面和停車甲板 這兩家公司都認(rèn)為探地定位技術(shù)可以很好地克服其他主流定位系統(tǒng)易受環(huán)境影響的缺點(diǎn)，比如暴風(fēng)雪等惡劣天氣或附近有顆樹倒了等臨時(shí)環(huán)境變化。這兩家公司也均將探地雷達(dá)部署在車輛底盤下方，且均選擇了工作在 100 到 400 MHz 頻段的雷達(dá)，而不是車輛前向雷達(dá)中常見的 77 GHz 雷達(dá)。 兩家公司都認(rèn)為，雷達(dá)探地技術(shù)的幀匹配不需要大量數(shù)據(jù)或強(qiáng)大的 AI 功能支持。WaveSense 公司表示，探地雷達(dá)的速率通常是每秒掃描約 100 次。相比之下，GSSI 公司采用了可變掃描速度的策略，目前大約為每秒 10 次掃描，未來也可能會(huì)提高速率。GSSI 公司可以從五個(gè)維度進(jìn)行幀匹配。除了掃描頻率之外，這兩家公司之間還存在其他的重要分歧點(diǎn)。Wavesense 公司使用的探地雷達(dá)設(shè)備看起來像一個(gè) 2 英尺 x 1 英寸的長盒子。Bolat 表示，這種設(shè)計(jì)足夠結(jié)實(shí)，可以抵御任何惡劣道路情況。不過，他拒絕對(duì)該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)發(fā)表評(píng)論。

土壤和其他路面在特征上看起來可能沒什么區(qū)別。但 Wavesense 公司可以通過創(chuàng)建并繪制特征地圖，從而將車輛精確地定位到橫向3 至 5 厘米和縱向 3 至 15 厘米（取決于車速）誤差之間。（圖片來源：Wavesense 公司)

Cist 表示，GSSI 公司則依賴于更大的 LGPR 硬件，尺寸達(dá)到 5 英尺 x2 英尺 x 0.33 英尺，安裝位置跨越整個(gè)車輛寬度。他解釋說，“我們從左到右共排列了 12 個(gè)橫向?qū)R的天線，從而覆蓋盡可能寬的道路面積。”Cist 還表示，我們必須留有足夠的空氣來提供背面反射，從而保證天線的正常工作。 WaveSense 公司的 Bolat表示，公司正在合作的 OEM 對(duì)如何應(yīng)用探地技術(shù)有自己的想法，他們的意向包括車庫中的自動(dòng)停車或自動(dòng)車道居中功能等。具體來說，停車場(chǎng)中的車位排列通常間隔均勻，而高速公路上的標(biāo)記則可能是坑坑洼洼的。這些地面特征對(duì)于基于視覺的探測(cè)系統(tǒng)可能具有一定挑戰(zhàn)性。但 Bolat 堅(jiān)定地表示，WaveSense 公司的探地解決方案可以解決這些問題，甚至是鋼橋挑戰(zhàn)也不在話下。 “土路通常不成問題。”Bolat 說，“我們剛剛開始與一家主要 OEM 合作，開發(fā)了可以探測(cè) 20 厘米厚混凝土地面的自動(dòng)停車場(chǎng)探測(cè)系統(tǒng)，幫助車輛在停車場(chǎng)環(huán)境中實(shí)現(xiàn) 5 厘米誤差之內(nèi)的精確定位?！?

測(cè)繪車輛必須對(duì)整個(gè)區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)采集才能獲得地下框架地圖，追蹤車輛(Tracking Vehicle)才能利用這些地圖。（圖片來源：Wavesense公司)

探地雷達(dá)不受包括暴風(fēng)雪在內(nèi)的各種惡劣天氣的影響。（圖片來源：Wavesense 公司)

看不見的障礙 GSSI 公司的 Cist 表示，他認(rèn)為，一些道路的土壤有特殊之處，“只需要探測(cè) 1 米左右就可以準(zhǔn)確地進(jìn)行定位?！倍遥撓到y(tǒng)的算法還可以進(jìn)行調(diào)整，從而更好地適應(yīng)不同季節(jié)中地面水分或土壤成分改變的情況。他說，“一些土壤特征或道路、橋梁結(jié)構(gòu)將直接決定定位的準(zhǔn)確與否，因此必須同時(shí)準(zhǔn)備好 LGPR 系統(tǒng)一旦失效的備用方案?！?

GSSI 公司的技術(shù)名為“Terravision”，主要借助橫向分布在車輛整個(gè)寬度的 12 個(gè)雷達(dá)天線工作。（圖片來源：GSSI公司）

他對(duì)將 LGPR 技術(shù)應(yīng)用于停車場(chǎng)等建筑結(jié)構(gòu)中的態(tài)度更不樂觀?！白詣?dòng)停車的情況可能沒有想象美好?！彼嬲f，“我們的雷達(dá)可以穿透三米，但停車場(chǎng)的地面厚度通常只有 1.5 米，你能在這種情況下探測(cè)到哪些有用信息呢？可能很難有任何獨(dú)特的信息，因?yàn)橥＼噲?chǎng)地面本質(zhì)上只是一排排材質(zhì)相同的鋼筋水泥而已。” 盡管這兩家公司的樂觀程度不同，但均可能同樣面臨更大的業(yè)務(wù)問題?？偛课挥谑ズ稳耐顿Y銀行Capstone Financial Group 的首席執(zhí)行官 Dan Smith 對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的印象深刻，但對(duì)其實(shí)用性仍保留意見。Capstone Financial Group 是一家專注于汽車技術(shù)的投資銀行。Smith認(rèn)為，將一種新型設(shè)備掛在車輛底盤之下所需進(jìn)行的相關(guān)測(cè)試、驗(yàn)證與責(zé)任劃分工作是非常繁重的。他說，“我認(rèn)為，探地雷達(dá)真是個(gè)天才的主意，但將其成功商業(yè)化將是很艱難的?！?

Wavesense 公司首席執(zhí)行官Tarik Bolat 認(rèn)為，探地雷達(dá)即使在橋梁和停車場(chǎng)等位置也能發(fā)揮作用。(Wavesense)