毫米波雷達(dá)技術(shù)在自動駕駛方面有哪些應(yīng)用？

在信息社會的今天，人們對信息的提取、處理、傳輸以及綜合等要求愈加迫切，傳感器作為信息提取的功能器件，在國防、科技、工業(yè)、農(nóng)業(yè)以及生活各個領(lǐng)域占有重要地位和作用， 傳感器技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用水平已經(jīng)成為代表一個國家工業(yè)發(fā)展的標(biāo)志之一。 汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源， 是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件， 也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。 應(yīng)用于汽車上的傳感器有很多種，目前主要有: 溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器位移傳感器以及速度、加速度傳感器等。

毫米波雷達(dá)的工作波段一般為30GHz-300GHz，波長介于微波和厘米波(1mm-10mm)之間，目前成熟商用的車載毫米波雷達(dá)包括24GHz(MRR，短中距離雷達(dá))和77GHz(LRR，長距離雷達(dá))，后者體積小、功耗低、帶寬高、分辨率好、探測距離遠(yuǎn)。

24GHz MRR探測距離在70米以內(nèi)，適用于盲點(diǎn)監(jiān)測(BSD)、變道輔助、、自動緊急剎車(AEB)等場景，2021年12月工信部的 《汽車?yán)走_(dá)無線電管理暫行規(guī)定》“為推動汽車智能化技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將76GHz-79GHz頻段規(guī)劃用于汽車?yán)走_(dá)”。從2022年3月1日正式實(shí)施起“將不再受理和審批24.25GHz-26.65GHz頻段汽車?yán)走_(dá)的無線電發(fā)射設(shè)備型號核準(zhǔn)申請”。77GHz LRR探測距離為數(shù)百米，主要應(yīng)用于自適應(yīng)巡航、自動緊急剎車、前向碰撞預(yù)警 (FCW)等場景。

隨著自動輔助駕駛往高階進(jìn)化，自動駕駛感知系統(tǒng)對感知的準(zhǔn)確性和可靠性提出高要求的同時，也對傳感器提出了“全天候工作”“探測距離更遠(yuǎn)” “感知信息維度更多/更精準(zhǔn)”的要求。

全球很多車企開始配置5個毫米波雷達(dá)，未來可能會配置8個毫米波雷達(dá)，很多感知方案使用攝像頭和毫米波雷達(dá)做數(shù)據(jù)融合，從傳統(tǒng)的后融合、結(jié)果融合，到混合式融合、前融合。

隨著毫米波雷達(dá)成本的降低，還有行車和泊車領(lǐng)域的融合，在泊車領(lǐng)域毫米波起到的作用比傳統(tǒng)的超聲波傳感器更大。主要有以下幾個優(yōu)勢：

(1)探測范圍更長

通過感應(yīng)更遠(yuǎn)距離的物體，可以檢測到停車區(qū)附近的更多物體。以TI 的 AWR1843AOP 為例，可以檢測遠(yuǎn)至 50 m 的物體。

(2)檢測物體更為精確

傳統(tǒng)超聲波傳感器的最近檢測距離約為10-15 厘米，AWR1843AOP可以檢測距離最近 4 厘米的物體，可幫助泊車系統(tǒng)在狹窄、緊湊的停車位上使用，同時可以檢測靠近車輛的路緣石來提高泊車的成功率。圖4 顯示了毫米波雷達(dá)區(qū)分幾種不同大小和材料(包括木材、金屬和塑料)的類型物體的能力，在實(shí)驗(yàn)的場景下包括塑料路錐、手推車、木樁和金屬樁。

(3)視野覆蓋范圍更廣

相比超聲波傳感器(通常多達(dá) 12 個)，毫米波雷達(dá)的視野覆蓋范圍更廣，可和視覺一起實(shí)現(xiàn) 360 度覆蓋能力。AWR1843AOP 的 140 度垂直視野能夠檢測低處物體，例如路牙子的石頭、寵物和停車場里面的各種奇奇怪怪的東西。寬視場和高范圍分辨率，可以同時檢測和區(qū)分多個靜態(tài)對象。。

無人駕駛汽車是人工智能的一個非常重要的驗(yàn)證平臺，近些年成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn).無人駕駛汽車作為一種陸地輪式機(jī)器人，既與普通機(jī)器人有著很大的相似性，又存在著很大的不同.首先它作為汽車需保證乘員乘坐的舒適性和安全性這就要求對其行駛方向和速度的控制更加嚴(yán)格: 另外，它的體積較大，特別是在復(fù)雜擁擠的交通環(huán)境下，要想能夠順利行駛，對周圍障礙物的動態(tài)信息獲取就有著很高的要求。

毫米波雷達(dá)是一種利用毫米波來探測障礙物距離的設(shè)備。按照探測距離來分，毫米波雷達(dá)可以分為短程雷達(dá)(SRR)，中程雷達(dá)(MRR)以及遠(yuǎn)程雷達(dá)(LRR)。隨著自動駕駛水平的不斷提高，毫米波雷達(dá)因其成本優(yōu)勢和穩(wěn)定的工作性能，將被廣泛應(yīng)用于Level 2及以上自動駕駛車輛。它可以全天候工作，是攝像頭的必要補(bǔ)充。

毫米波雷達(dá)正朝著體積更小、精度更高、探測距離更遠(yuǎn)的方向發(fā)展。由于法規(guī)對自動駕駛的安全性要求不斷提高，24GHz毫米波雷達(dá)將逐漸被77GHz的產(chǎn)品取代，因?yàn)楦叩念l率意味著更高的性能、更寬的帶寬和更好的分辨率。

Omdia預(yù)計(jì)在Level 3及以上的自動駕駛系統(tǒng)中將平均配備5~8個毫米波雷達(dá)，以實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)檢測(BSD)、變道輔助(LCA)和后方碰撞警告(RCA)等功能。

自動駕駛傳感器主要包括攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光、超聲波、紅外線等。車道偏離預(yù)警毫米波雷達(dá)傳輸距離長，傳輸窗口空氣衰減和損耗低，滲透性強(qiáng)，能滿足車輛24小時適應(yīng)性的要求。汽車防撞毫米波雷達(dá)傳感器的特點(diǎn)決定了毫米波雷達(dá)傳感器設(shè)備的小尺寸和重量。它彌補(bǔ)了車載應(yīng)用中攝像頭、激光、超聲波、紅外等傳感器所沒有的使用場景。

安裝在汽車上的防碰撞毫米波雷達(dá)可以測量從雷達(dá)到被測物體的距離、角度和相對速度。毫米波雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制，向前報警防撞，盲點(diǎn)檢測，輔助停車，輔助變道，獨(dú)立巡航控制等待高級駕駛輔助系統(tǒng)等功能。更常見的汽車毫米波雷達(dá)工作頻率接近24GHz和77GH。主要實(shí)現(xiàn)24ghz毫米波雷達(dá)系統(tǒng)的近距離檢測和實(shí)現(xiàn)77ghz汽車毫米波雷達(dá)的遠(yuǎn)距離檢測。

目前，自動駕駛汽車的設(shè)計(jì)主要有兩種發(fā)展模式。首先，主要配備毫米波雷達(dá)和其他全硬件設(shè)備，其次，自動駕駛汽車主要由視覺算法驅(qū)動。主要配備盲區(qū)檢測毫米波雷達(dá)和其他全硬件設(shè)備的自動駕駛汽車。由于硬件設(shè)備昂貴，難以商業(yè)化;自動駕駛汽車主要由視覺算法驅(qū)動的自動駕駛汽車在部分交通運(yùn)輸下實(shí)現(xiàn)了自動駕駛，但由于缺乏硬件設(shè)備，自動駕駛汽車無法實(shí)現(xiàn)“看”很難及時反應(yīng)等情況。

隨著自動駕駛汽車技術(shù)的不斷改進(jìn)，更多的新技術(shù)將應(yīng)用于自動駕駛汽車，包括四種前方碰撞預(yù)警毫米波雷達(dá)的出現(xiàn)將自動駕駛汽車的商業(yè)化列入議事日程。正如前面提到的，很難判斷前面的靜態(tài)物體是在地面上還是在空中，因?yàn)楹撩撞ɡ走_(dá)防碰撞預(yù)警系統(tǒng)無法測量高度。當(dāng)遇到井蓋、減速帶、立交橋、交通標(biāo)志等地面時，物體的高度數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確測量。如果這些數(shù)據(jù)移交給自動加斯，自動駕駛汽車將經(jīng)常制動。毫米波雷達(dá)測距測速系統(tǒng)的出現(xiàn)將彌補(bǔ)這個問題，毫米波雷達(dá)預(yù)警系統(tǒng)也被稱為成像雷達(dá)。在原始距離、速度和方向數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將第四維集成到傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)中，更好地理解和繪制環(huán)境圖，使測量的交通數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。