王尊昊　劉清鴻

【摘? 要】隨著汽車(chē)產(chǎn)業(yè)和人工智能的不斷發(fā)展，無(wú)人駕駛汽車(chē)的研發(fā)逐漸成為各車(chē)企之間合作和競(jìng)爭(zhēng)的重要領(lǐng)域。雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)具有精度高、探測(cè)范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，目前已在無(wú)人駕駛汽車(chē)技術(shù)方面有了廣泛的應(yīng)用，本文通過(guò)介紹車(chē)載雷達(dá)的發(fā)展和現(xiàn)狀、車(chē)載雷達(dá)的分類(lèi)和特點(diǎn)，分析雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在無(wú)人駕駛汽車(chē)方面的優(yōu)劣勢(shì)，探討了雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在無(wú)人駕駛汽車(chē)中的具體應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】毫米波雷達(dá);激光雷達(dá);無(wú)人駕駛汽車(chē)

隨著微波、計(jì)算機(jī)、半導(dǎo)體、大規(guī)模集成電路等各個(gè)方面科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)也在不斷發(fā)展。目前，雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到無(wú)人駕駛汽車(chē)中，由于雷達(dá)具有精度高、探測(cè)范圍廣、全天時(shí)全天候的優(yōu)點(diǎn)，可以有效的提高無(wú)人駕駛汽車(chē)的識(shí)別精度，大大提高了無(wú)人駕駛汽車(chē)的安全性，保障人民群眾財(cái)產(chǎn)和生命安全，因而研討雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在無(wú)人駕駛汽車(chē)方面的應(yīng)用非常必要。

1車(chē)載雷達(dá)的發(fā)展和現(xiàn)狀

20世紀(jì)60年代，德國(guó)、美國(guó)、日本等國(guó)家率先著手開(kāi)展車(chē)載毫米波雷達(dá)的研究工作;7、80年代毫米波雷達(dá)技術(shù)發(fā)展迅速，廣泛運(yùn)用于軍事領(lǐng)域和美國(guó)、日本、歐洲國(guó)家的機(jī)車(chē)中;21世紀(jì)后，由于市場(chǎng)的需求，車(chē)載毫米波雷達(dá)發(fā)展迅速，目前毫米波雷達(dá)的關(guān)鍵技術(shù)主要由博世、奧托立夫等一些傳統(tǒng)汽車(chē)零部件巨頭所壟斷。

激光雷達(dá)的設(shè)想最早于激光問(wèn)世第二年提出，激光雷達(dá)既是一種新興技術(shù)，也是傳統(tǒng)雷達(dá)技術(shù)與激光技術(shù)的結(jié)合，目前世界激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)尚在初創(chuàng)期內(nèi)，關(guān)鍵技術(shù)、產(chǎn)品商業(yè)化水平等均未成熟。

2車(chē)載雷達(dá)的分類(lèi)和特點(diǎn)

目前車(chē)載雷達(dá)主要分為三類(lèi)，分別為毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)和超聲波雷達(dá)，三者之間互有優(yōu)劣。

2.1毫米波雷達(dá)及其特點(diǎn)

毫米波是指無(wú)線電波中波長(zhǎng)1至10毫米的電磁波，毫米波雷達(dá)即指工作頻段在毫米波頻段的雷達(dá)，其測(cè)距原理和一般雷達(dá)并無(wú)差異，即將無(wú)線電波發(fā)出，然后接收其回波，根據(jù)發(fā)出無(wú)線電波和接收回波的時(shí)間差來(lái)計(jì)算物體的距離，從而測(cè)得不同物體的位置信息。毫米波雷達(dá)發(fā)射的無(wú)線電波波束較窄，抗干擾能力強(qiáng)，其穿透雨、雪、霧霾的能力較強(qiáng)，能很好的適應(yīng)各種復(fù)雜的天氣環(huán)境，毫米波雷達(dá)探測(cè)有明顯的多普勒效應(yīng)，可以通過(guò)測(cè)量頻移來(lái)獲得探測(cè)物體的速度，但由于毫米波雷達(dá)的探測(cè)距離受到頻段損耗的制約，導(dǎo)致其探測(cè)距離較短，無(wú)法對(duì)周?chē)h(huán)境的障礙物精確建模。

2.2激光雷達(dá)及其特點(diǎn)

激光雷達(dá)是指工作在紅外和可見(jiàn)光頻段的，以激光為工作光束的雷達(dá)。與毫米波雷達(dá)相似，激光雷達(dá)也是采用回波成像的探測(cè)方式，不同的是，毫米波雷達(dá)發(fā)射的電磁波是一個(gè)錐形的波束，而激光雷達(dá)發(fā)射的電磁波是一條直線。由于激光具有高亮度性、高方向性、高單色性和高相干性等特點(diǎn)，因此與毫米波雷達(dá)相比，其探測(cè)范圍更廣，探測(cè)精度更高。但激光雷達(dá)受雨、雪、霧霾天氣影響較大，并且對(duì)于探測(cè)物體的速度并不非常敏感。

2.3超聲波雷達(dá)及其特點(diǎn)

超聲波雷達(dá)是采用超聲波作為工作電波的雷達(dá)，由于超聲波散射角大，方向性差，通常車(chē)載超聲波雷達(dá)檢測(cè)距離為1至5米。雖然超聲波雷達(dá)的探測(cè)距離很短，但在低速近距離的測(cè)量中，超聲波雷達(dá)相比于毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)具有較大的優(yōu)勢(shì)，且超聲波雷達(dá)的成本相較毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)更低。

3雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在無(wú)人駕駛汽車(chē)方面的優(yōu)勢(shì)

目前而言，無(wú)人駕駛汽車(chē)系統(tǒng)主要分為任務(wù)決策、環(huán)境感知、路徑規(guī)劃和車(chē)輛控制四個(gè)部分，在環(huán)境感知這一部分，通常采用多種不同雷達(dá)聯(lián)合使用的雷達(dá)檢測(cè)方式來(lái)提高雷達(dá)檢測(cè)的準(zhǔn)確性，從而提高車(chē)輛運(yùn)行的安全性，相比于諸如視頻檢測(cè)方式等，多種雷達(dá)聯(lián)合檢測(cè)的方式也具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。

3.1 適應(yīng)全天時(shí)全天候的復(fù)雜環(huán)境

由于毫米波具有良好的穿透性，毫米波雷達(dá)在各種雨、雪、霧霾的惡劣天氣都能穩(wěn)定有效高精度的發(fā)揮檢測(cè)的作用。由于雷達(dá)回波檢測(cè)的方式，無(wú)論是白天還是夜晚，毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)都能準(zhǔn)確有效的識(shí)別周邊環(huán)境的障礙物，從而使無(wú)人駕駛汽車(chē)在各種復(fù)雜的天氣環(huán)境下都能安全有效的避開(kāi)障礙物。

3.2 探測(cè)范圍廣，探測(cè)角度大

相較于攝像頭檢測(cè)方式和紅外線傳感器檢測(cè)方式而言，毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)的探測(cè)范圍更廣，探測(cè)的角度也更大，將雷達(dá)檢測(cè)方式運(yùn)用于無(wú)人駕駛汽車(chē)中，可以使車(chē)輛從更遠(yuǎn)更大的范圍內(nèi)探測(cè)到障礙物。

3.3對(duì)周?chē)h(huán)境障礙物的測(cè)速效果好

由于毫米波雷達(dá)所發(fā)出的毫米波具有多普勒效應(yīng)，利用多普勒效應(yīng)可以測(cè)得障礙物相對(duì)于車(chē)輛的速度，從而達(dá)到測(cè)速的效果。相較于攝像頭檢測(cè)方式和紅外線傳感器檢測(cè)方式而言，毫米波雷達(dá)的測(cè)速效果都更加準(zhǔn)確有效。

4雷達(dá)檢測(cè)方式在無(wú)人駕駛汽車(chē)方面的劣勢(shì)

4.1 激光雷達(dá)成本較高

由于受到目前生產(chǎn)技術(shù)方面的制約，激光雷達(dá)的成本較為高昂，這也使得無(wú)人駕駛汽車(chē)的成本難以降低。

4.2 雷達(dá)檢測(cè)方式難以識(shí)別路標(biāo)

相較于攝像頭檢測(cè)方式，雷達(dá)檢測(cè)方式顯然難以識(shí)別各種復(fù)雜的路標(biāo)。

5 雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)在無(wú)人駕駛汽車(chē)方面的具體應(yīng)用

5.1激光雷達(dá)在無(wú)人駕駛汽車(chē)方面的應(yīng)用

目前百度、谷歌、通用等公司利用激光雷達(dá)高精度、對(duì)環(huán)境變化響應(yīng)快的優(yōu)點(diǎn)開(kāi)發(fā)了即時(shí)定位與地圖構(gòu)建技術(shù)，實(shí)時(shí)提取無(wú)人駕駛車(chē)輛沿途環(huán)境特征形成局部地圖并與已有全局地圖數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)以實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航和厘米級(jí)定位的功能。此外，利用激光雷達(dá)發(fā)射激光對(duì)于不同物質(zhì)反射回波信號(hào)強(qiáng)度不同的特點(diǎn)，使無(wú)人駕駛汽車(chē)簡(jiǎn)單分類(lèi)各個(gè)目標(biāo)，如車(chē)輛、斑馬線、紅綠燈等，通常與攝像頭檢測(cè)數(shù)據(jù)相結(jié)合以達(dá)到分類(lèi)識(shí)別的功能。激光雷達(dá)和攝像頭檢測(cè)方式聯(lián)合還可以將提取的障礙物數(shù)據(jù)發(fā)送給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)預(yù)測(cè)障礙物的移動(dòng)軌跡和跟蹤軌跡來(lái)實(shí)時(shí)改變行車(chē)路線，使車(chē)輛避免撞上障礙物。

5.2毫米波雷達(dá)在無(wú)人駕駛汽車(chē)方面的應(yīng)用

目前毫米波雷達(dá)被廣泛運(yùn)用于自適應(yīng)巡航、前向防撞報(bào)警、盲點(diǎn)檢測(cè)、輔助停車(chē)、輔助變道等功能中，通常一套成熟的無(wú)人駕駛汽車(chē)方案配備有多個(gè)短程、中程、遠(yuǎn)程毫米波雷達(dá)。

5.3超聲波雷達(dá)在無(wú)人駕駛汽車(chē)方面的應(yīng)用

由于超聲波雷達(dá)在短距離內(nèi)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)和長(zhǎng)距離測(cè)量的劣勢(shì)，目前超聲波雷達(dá)主要運(yùn)用于車(chē)輛的倒車(chē)系統(tǒng)中，檢測(cè)近距離車(chē)輛附近的障礙物，保障車(chē)輛倒車(chē)的安全性。

6總結(jié)

無(wú)人駕駛汽車(chē)技術(shù)的發(fā)展是汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)作為一種優(yōu)越的探測(cè)技術(shù)運(yùn)用于無(wú)人駕駛汽車(chē)中，將大大提高無(wú)人駕駛汽車(chē)的安全性，雷達(dá)也將會(huì)是無(wú)人駕駛汽車(chē)必不可少的一雙眼睛。

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（作者單位：廈門(mén)大學(xué)航空航天學(xué)院）