自動駕駛汽車是如何進(jìn)行距離估算的

（文章來源：智車科技IV）

隨著科技的不斷發(fā)展以及相關(guān)政策的不斷推出，自動駕駛汽車得到了快速的發(fā)展及強有力的保障。但是自動駕駛汽車的發(fā)展始終離不開一個重要的目標(biāo)，那就是保障自身的安全。隨著科技的不斷發(fā)展以及相關(guān)政策的不斷推出，自動駕駛汽車得到了快速的發(fā)展及強有力的保障。但是自動駕駛汽車的發(fā)展始終離不開一個重要的目標(biāo)，那就是保障自身的安全。

為了確保自動駕駛汽車的安全，即意味著自動駕駛汽車在行駛過程中不會撞到任何人或物，所以在汽車行駛過程中需要知道其周邊物體和車輛本身之間的距離。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要提前測量車輛前方障礙物與車輛之間的距離，從而保證自動駕駛汽車的安全性。自動駕駛汽車實現(xiàn)距離估計的主要方法是使用傳感器（如攝像頭、雷達(dá)等）對車輛周邊物體進(jìn)行距離檢測，從而實現(xiàn)距離估計的目的。

基于毫米波雷達(dá)的距離估計毫米波雷達(dá)在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，最早開始應(yīng)用于自適應(yīng)巡航領(lǐng)域。在英飛凌推出24GHZ單片雷達(dá)方案之后，毫米波雷達(dá)被應(yīng)用到了ADAS的各個模塊中，在全球范圍內(nèi)，毫米波雷達(dá)的出貨量達(dá)到了千萬級。在自動駕駛汽車的距離估計中都使用了毫米波雷達(dá)作為傳感器，來進(jìn)行周邊障礙物的識別和測距等工作。

如今，全球市場范圍內(nèi)的毫米波雷達(dá)份額主要被國外第一梯隊的供應(yīng)商壟斷，如博世、大陸等，而隨著國內(nèi)市場的發(fā)展，像國內(nèi)的華域汽車這樣的供應(yīng)商也都在布局發(fā)力毫米波雷達(dá)。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2018年國內(nèi)毫米波雷達(dá)的市場規(guī)模約為70億，比2017年增長了一倍，而到今年2020年預(yù)計約為240億，到2025年預(yù)計約為320億。

毫米波雷達(dá)，即工作在毫米波波段探測的雷達(dá)，其實質(zhì)是電磁波，波長約為1－10mm，毫米波雷達(dá)通過將毫米波發(fā)射出去，然后接受回波，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差來測得前方障礙物的位置和距離?；诤撩撞ɡ走_(dá)的距離估計方法，主要以FMCW調(diào)制方法來進(jìn)行測量距離。

其原理是通過振蕩器來形成連續(xù)變化的信號，對于發(fā)出的信號和接收的信號，它們之間會形成頻率差，而該頻率差值與毫米波的發(fā)射時間和接收時間的差值之間呈線性相關(guān)，只需要測量頻率差，就可以實現(xiàn)車輛與前方物體距離的測量估計。

毫米波雷達(dá)在ADAS上應(yīng)用廣泛，主要用于自動緊急制動（AEB）、前方碰撞預(yù)警（FCW）、主動車道控制（ALC）、盲點監(jiān)測（BSD）、變道輔助（LCA）等，其具有一定的抗干擾能力，易于穿透雨雪天氣，適應(yīng)性較好，可以全天候工作，技術(shù)相對成熟，成本較低等優(yōu)勢。但是也具有分辨率低等不足。毫米波雷達(dá)已經(jīng)成為了自動駕駛汽車距離估計中不可或缺的主力傳感器。

基于激光雷達(dá)的距離估計隨著自動駕駛汽車的不斷演進(jìn)，激光雷達(dá)由于其獨特的3D環(huán)境建模，已經(jīng)成為L3及以上自動駕駛汽車中必不可少的傳感器。從機(jī)械式到混合固態(tài)，再到純固態(tài)激光雷達(dá)，激光雷達(dá)的成本隨著科技的發(fā)展在不斷的降低，正在向小型化、ASIC集成化方向發(fā)展，將是自動駕駛傳感器最核心的部分。

目前自動駕駛汽車測試車輛多數(shù)為機(jī)械式激光雷達(dá)，但是機(jī)械式激光雷達(dá)的成本高、且生產(chǎn)工藝復(fù)雜，壽命短，很難滿足未來自動駕駛汽車苛刻的要求。混合固態(tài)激光雷達(dá)屬于激光雷達(dá)由機(jī)械式向純固態(tài)激光雷達(dá)過渡的中間產(chǎn)品，而固態(tài)激光雷達(dá)主要為MEMS、OPA和3D Flash三類，其調(diào)試可以實現(xiàn)自動化、且不存在機(jī)械式旋轉(zhuǎn)部件，在成本、實用性方面有大幅提升，固態(tài)激光雷達(dá)必將是未來激光雷達(dá)發(fā)展的趨勢。

基于激光雷達(dá)的自動駕駛汽車距離估計，其原理是是以激光作為載波，它是工作在光頻波段的雷達(dá)。其工作原理是向被測物體發(fā)射激光束，然后將接收到的回波與發(fā)射信號進(jìn)行比較，作適當(dāng)處理后，獲得被測物體的有關(guān)信息，如被測物體的距離、方位等信息。

激光雷達(dá)主要用于獲取景深信息、障礙物檢測、目標(biāo)識別等，其主要優(yōu)點是可以多周邊物體進(jìn)行3D建模，來形成高清圖像，方便計算機(jī)進(jìn)行處理和識別，還兼具方向性好、無電磁干擾、獲取信息量全面以及探測精確等優(yōu)點，但是容易受環(huán)境影響、不良天氣下精度下降難以識別障礙物、且成本較高?；跀z像頭的距離估計在自動駕駛汽車距離估計中，攝像頭起著至關(guān)重要的作用，被稱為自動駕駛的眼睛。攝像頭技術(shù)最為成熟，在車輛上的應(yīng)用最早，作為ADAS階段主要的視覺傳感器，包括單目攝像頭、雙目攝像頭等。

攝像頭具有獨特的視覺影像功能，可以利用多個攝像頭來對周邊環(huán)境進(jìn)行合成，還可以識別交通標(biāo)志、行人等，可以作為其他傳感器的冗余設(shè)備，提高自動駕駛汽車距離估計的準(zhǔn)確性和安全性。攝像頭主要由鏡頭采集圖像，然后再由內(nèi)部感光部件等將圖像處理為數(shù)字信號，從而達(dá)到感知周邊物體和行人的目的。

攝像機(jī)由于其探測角度廣、獲取信息豐富、角度測量精確等優(yōu)勢廣泛用于車輛及周邊物體的距離估計、障礙物識別、車道線識別與跟蹤、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測等。但是其由于計算量大，對硬件的要求也高，導(dǎo)致系統(tǒng)的實時性較差，容易受環(huán)境、氣候等方面的影響，從而導(dǎo)致無法獲得深度信息?；诔暡▊鞲衅鞯木嚯x估計自動駕駛汽車距離估計是使用傳感器來進(jìn)行測距和目標(biāo)識別，超聲波傳感器作為車輛的主要傳感器之一也得到了發(fā)展。超聲波傳感器主要應(yīng)用于近距離的障礙物檢測。

超聲波傳感器的工作原理是基于聲波的傳播方法，遵循同樣的飛行時間的原則。并且其非常簡單、便宜，體積小、重量輕、功耗低，可以工作在不同的條件下，環(huán)境適應(yīng)性好。但是由于聲速慢，導(dǎo)致FSP速率有限，僅適用于近距離工作，最遠(yuǎn)距離15米，其可靠性會隨著車輛速度的增加而降低。

基于紅外傳感器的距離估計紅外傳感器作為車載傳感器之一，在自動駕駛汽車距離估計也起到了一定的作用，它方面主要用于紅外成像、紅外夜視、障礙物探測等。紅外傳感器主要具有快速數(shù)據(jù)處理、能夠較為準(zhǔn)確的識別到生物的優(yōu)點，并且相比于其他傳感器成本較低。但是其也具有方向性差、徑向運動辨別力低、作用距離短等缺點。

多傳感器融合發(fā)展的距離估計目前各個傳感器都各自有其優(yōu)缺點，隨著自動駕駛進(jìn)程的提速，單一傳感器無法勝任自動駕駛技術(shù)對距離估計的嚴(yán)格要求，多傳感器的融合發(fā)展必將成為未來車載傳感器的發(fā)展趨勢?，F(xiàn)階段各大廠商也都在積極布局，以最合理的方案來適應(yīng)自動駕駛的潮流。激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、超聲波雷達(dá)等傳感器的融合使用，可以充分結(jié)合各自的優(yōu)點，發(fā)揮各自的特長，達(dá)到最優(yōu)的效果。

Autopilot2．0方案中就搭載了超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等傳感器，主要應(yīng)用于高速公路和更擁堵的路面，可以根據(jù)交通情況調(diào)整車速，保持在車道內(nèi)行駛，自動變換車道，從一條高速公路切換到另一條高速公路。又如知名豪車奧迪發(fā)布的A8 AI ，更是搭載了多種傳感器，包括四線激光雷達(dá)1個，超聲波雷達(dá)12個，廣角360度攝像頭4個，前向攝像頭1個，紅外夜視攝像頭1個和長、中距離毫米波雷達(dá)共5個，可見其綜合了多種傳感器的優(yōu)勢，極大的提升了該車自動駕駛的性能。

綜上，隨著自動駕駛汽車的迅速發(fā)展，ADAS在量產(chǎn)車市場的快速滲透，由于自動駕駛距離估計主要依靠車載傳感器，故車載傳感器市場的未來前景可觀。不同的傳感器的側(cè)重功能有所不同，各有優(yōu)點但也兼具不足。在自動駕駛汽車上同時搭載多種傳感器，結(jié)合各自優(yōu)點進(jìn)行互補，必將成為未來的發(fā)展趨勢。而自動駕駛汽車進(jìn)行距離估計也離不開多傳感器的融合發(fā)展。所以，未來自動駕駛汽車多傳感器融合發(fā)展將是大勢所趨，自動駕駛汽車的距離估計將會更加精確，車輛的安全性能將會得到更進(jìn)一步的提升。

（責(zé)任編輯：fqj）