在毫米波雷達技術(shù)上無人駕駛領(lǐng)域到底有什么作用？

毫米波、激光技術(shù)在無人車領(lǐng)域皆具有重要應用，目前尤以毫米波相關(guān)技術(shù)更為火熱。無人車駕駛研發(fā)過程中，常以毫米波雷達作為無人駕駛傳感器之一。原因在于，毫米波傳感器相比較激光雷達以及攝像頭而言，測量距離較遠，且在雨雪等惡劣天氣情形下還能維持穩(wěn)定工作。由此可見，毫米波技術(shù)在無人車領(lǐng)域內(nèi)所發(fā)揮的重要作用。這篇文章中，將向大家詳細介紹毫米波雷達的相關(guān)知識以及如何將毫米波運用在無人車當中。

毫米波雷達市場概況

目前毫米波雷達技術(shù)主要由大陸、博世、電裝、奧托立夫、Denso、德爾福等傳統(tǒng)零部件巨頭所壟斷，特別是77GHz毫米波雷達，只有博世、大陸、德爾福、電裝、TRW、富士通天、Hitachi等公司掌握。2015年，博世及大陸汽車雷達市場占有率均為22%，并列全球第一。

博世的長距離毫米波雷達產(chǎn)品是其核心產(chǎn)品，探測距離可以達到250米，是目前探測距離最遠的長距離毫米波雷達，主要用在自巡航控制系統(tǒng)ACC中。大陸較為全面，其主力產(chǎn)品則為24GHz毫米波雷達。Hella則是以24GHz雷達為其核心，客戶范圍最廣，24GHz領(lǐng)域市場占有率全球第一。

在毫米波雷達的頻率選擇上，各個國家主要有三種波段——24GHz、60 GHz、77 GHz，而目前正在向77GHz靠攏。歐洲和美國選擇的是對77GHz的集中研究，而日本則選用了60GHz的頻段，隨著世界范圍77G Hz毫米波雷達的廣泛應用，日本也逐漸轉(zhuǎn)入了77GHz毫米波雷達的開發(fā)。

目前毫米波雷達主要是以24GHz SRR(Short Range Radar)系統(tǒng)+77GHz LRR(Long Range Radar)系統(tǒng)的形式出現(xiàn)，24GHz毫米波雷達主要負責短距離探測，而77GHz毫米波雷達主要負責遠距離探測。

1、77GHz雷達相對于24GHz雷達體積更小。77GHz雷達波長不到24GHz的三分之一，所以收發(fā)天線面積大幅減小，整個雷達的尺寸有效下降，對于追求小型化非常有利。

2、77GHz雷達可以同時滿足高傳輸功率和寬工作帶寬，同時滿足這兩點使得其可以同時做到長距離探測和高距離分辨率。

3、77GHz雷達在天線、射頻電路、芯片等的設(shè)計和制造難度更大，技術(shù)成熟度較低，目前成本更高。

另外， ITU在2015年將79GHz劃歸為汽車安全領(lǐng)域應用，此頻段可檢測行人并可針對多個目標，未來可能替代24GHz成為短距離雷達，被廣泛應用。

毫米波雷達的優(yōu)勢

毫米波雷達具有波長短、頻帶寬(頻率范圍大)，穿透能力強的特點，這些特點形成了毫米波雷達的優(yōu)勢：

1、穿透能力強，不受天氣影響。大氣對雷達波段的傳播具有衰減作用，毫米波雷達無論在潔凈空氣中還是在雨霧、煙塵、污染中的衰減都弱于紅外線、微波等，具有更強的穿透能力。毫米波雷達波束窄、頻帶寬、分辨率高，在大氣窗口頻段不受白天和黑夜的影響具有全天候的特點。

2、體積小巧緊湊，識別精度較高。毫米波波長短，天線口徑小，元器件尺寸小，這使得毫米波雷達系統(tǒng)體積小重量輕，容易安裝在汽車上。對于相同的物體，毫米波雷達的截面積大、靈敏度較高，可探測和定位小目標。

3、可實現(xiàn)遠距離感知與探測。毫米波雷達分為遠距離雷達(LRR)和近距離雷達(SRR)，由于毫米波在大氣中衰減弱，所以可以探測感知到更遠的距離，其中遠距離雷達可以實現(xiàn)超過200m的感知與探測。

毫米波雷達指工作在毫米波波段的雷達，是測量被測物體相對距離、相對速度、方位的高精度傳感器，早期被應用于軍事領(lǐng)域，隨著雷達技術(shù)的發(fā)展與進步，毫米波雷達傳感器開始應用于汽車電子、無人機、智能交通等多個領(lǐng)域。

同超聲波雷達相比，毫米波雷達具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點。與紅外、激光、攝像頭等光學傳感器相比，毫米波雷達穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候全天時的特點。另外，毫米波雷達的抗干擾能力也優(yōu)于其他車載傳感器。由于毫米波在大氣中衰減弱，所以可以實現(xiàn)更遠距離的探測與感知，其中遠距離雷達可以實現(xiàn)超過200米的感知與探測。

目前各個國家對車載毫米波雷達分配的頻段各有不同，但主要集中在24GHz和77GHz。

頻段在24GHz左右的毫米波雷達檢測距離有限，因此常用于檢測近處的障礙物，常被用來實現(xiàn)的功能有盲點檢測、變道輔助等，主要為換道決策提供感知信息。

而性能良好的77GHz雷達的最大檢測距離可以達到160米以上，因此常被安裝在前保險杠上，正對汽車的行駛方向。長距離毫米波雷達能夠用于實現(xiàn)緊急制動、高速公路跟車等功能;同時也能滿足自動駕駛領(lǐng)域，對障礙物距離、速度和角度的測量需求。

無人駕駛毫米波雷達毫米波雷達應用毫米波雷達是L2及以上自動駕駛系統(tǒng)的標配，也是當下無人駕駛領(lǐng)域較為集中的競爭熱點。眼下，國內(nèi)汽車雷達制造商，正不斷開發(fā)和基于車載防撞雷達單片收發(fā)芯片技術(shù)的成套解決方案，匹配更多更豐富的應用場景。

近年來，隨著光、機、電、算等底層架構(gòu)的不斷成熟，無人駕駛汽車成為了人工智能應用的行業(yè)熱點。在2019年7月召開的第四屆全球人工智能與機器人峰會上，有投資專家明確表示，2025年是無人駕駛起飛的一個時間點，可能出現(xiàn)在美國，也可能是在中國，這取決于基礎(chǔ)設(shè)施還有最新技術(shù)的探索。

業(yè)內(nèi)專業(yè)人士稱，無人駕駛未來將會變成一個可能為客戶賺錢的資產(chǎn)，可能會產(chǎn)生比房地產(chǎn)更高的收益。另外，在中國汽車工程學會此前發(fā)布的“節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖”中也提到，至2020年，中國的汽車產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達3000萬輛，駕駛輔助/部分自動駕駛車輛的市場占有率將達50%。

無人駕駛的發(fā)展熱潮，拉動了諸多技術(shù)創(chuàng)業(yè)者的紛紛涉足。近段時間以來，國內(nèi)車企關(guān)于無人駕駛汽車的研發(fā)和測試捷報頻傳。先是吉利汽車宣布將在2022年亞運舉辦期間，在特定區(qū)域內(nèi)使用完全無人駕駛的車輛。隨后再有報道稱，百度宣稱其新一代無人巴士車阿波龍二代將很快推出。

而就在不久前，百度與中國一汽紅旗共同打造的國內(nèi)首批量產(chǎn)自動駕駛出租車在湖南長沙展開了上路測試。有消息稱，長沙市民有望在年底之前率先體驗到中國首批自動駕駛出租車。

無人駕駛的傳感層

關(guān)于汽車智能化的技術(shù)要求，國際汽車工程師協(xié)會(SAE International)制定了一套標準，把自動駕駛分為了L0-L5，其中L0指的是無自動駕駛，即人工駕駛;而汽車的駕駛輔助(L1、L2)中，需要包括攝像頭、毫米波雷達、激光雷達等各種傳感器的技術(shù)支持。

從技術(shù)架構(gòu)上來說，實現(xiàn)車輛無人駕駛需要兩方面需求，一是汽車內(nèi)部要求，高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS);二是汽車外部配置車聯(lián)網(wǎng)(V2X)。而其中的關(guān)鍵技術(shù)為環(huán)境感知，也就是傳感層。

傳感層被比作為車輛的眼睛，需要車載攝像頭、車載毫米波雷達、車載激光雷達和車載超聲波雷達等傳感器共同作用。

毫米波雷達在汽車領(lǐng)域其實已經(jīng)有多年應用。汽車引入毫米波雷達最初主要是為了實現(xiàn)盲點監(jiān)測和定距巡航，而隨著技術(shù)的發(fā)展這兩個特性也漸漸從高端車專用普及到了幾乎所有車型。可以說汽車界對于毫米波雷達并不陌生，但是隨著最近自動駕駛概念的走紅，毫米波雷達在汽車領(lǐng)域的關(guān)注度獲得了極大提升。

為什么自動駕駛需要毫米波雷達?眾所周知，自動駕駛中與常規(guī)汽車中傳感器最大的不同是加入了LiDAR和攝像頭，LiDAR采用激光測距技術(shù)可以獲得汽車周圍空間的三維點云，實現(xiàn)環(huán)境建模;而攝像頭則幫助自動駕駛系統(tǒng)實現(xiàn)場景的語義化分割和理解。舉例來說，LiDAR可以檢測到前方若干米處有一個標牌，而攝像頭則可以幫助理解標牌上的內(nèi)容，是限速標志還是和駕駛無關(guān)的廣告等。

然而，LiDAR和攝像頭都使用了光波段的電磁波，這個波段的電磁波有一個特點就是透射和繞射性能都不好，因此一旦有遮擋就很難使用。因此，在雨天、霧天等場合，LiDAR和攝像頭幾乎就無法工作了，這時候為了能自動駕駛必須依靠毫米波雷達。毫米波雷達與LiDAR最大不同的地方就是毫米波波段的電磁波不會受到雨、霧、灰塵等常見的環(huán)境因素影響，在這些場景下都能順利工作，因此毫米波雷達可以說是自動駕駛穩(wěn)定工作的重要保障。

毫米波雷達無論對于奧迪這樣專注于L1-L3輔助駕駛的保守型車廠，還是對于Waymo，Uber這樣想一步到位實現(xiàn)L4-L5的激進型自動駕駛初創(chuàng)公司都有很重要的意義。對于傳統(tǒng)車廠來說，毫米波雷達在盲點監(jiān)測、定距巡航等原應用上的一些漸進式擴展可以成為輔助駕駛(如自動換線)中的重要組成部分，而對于激進型自動駕駛初創(chuàng)公司來說高精度毫米波雷達則是其無人駕駛系統(tǒng)可靠性的重要保障，結(jié)合LiDAR和攝像頭做傳感器融合可以實現(xiàn)所有氣候環(huán)境下的自動駕駛，因此如果沒有毫米波雷達的話無人車恐怕都沒法真正上路。