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激光雷达、毫米波和视觉传感器技术解析

2020-12-31 02:02:03

  无人驾驶技术现如今其实非常成熟了,就以现在的技术水平看,如果把大城市复杂的交通状况变成实验室特定的格局,场景内有制式统一的车辆以及符合规矩的行人正常通行,那么不用方向盘,全程自动行驶的汽车当下就可以面世了。

  问题就出在了汽车如何能对现实中复杂的交通状况了如指掌,如何可以像人的眼睛和大脑一样灵活应变。

  关键就在需要各种各样的传感器合作来解决,它们最终将监测到的数据传给高精密的处理器,识别道路、标示和行人,做出加速、转向、制动等决策。

  在智能感知识别的部分,车载光学系统和车载雷达系统是保证行车安全最为重要的,目前,主流的用于周围环境感测的传感器有激光雷达(LiDAR)、毫米波雷达(millimeter wave)、视觉传感器三种。

 

  激光雷达(LiDAR)

  通过扫描从一个物体上反射回来的激光来确定物体的距离,可以形成精度高达厘米级的3D环境地图,因此它在ADAS(先进驾驶辅助系统)及无人驾驶系统中起重要作用。从当前车载激光雷达来看,机械式的多线束激光雷达是主流方案,但受制于价格高昂的因素尚未普及开来。

  在去年12月10日路测成功的百度无人驾驶汽车车身上,除了部署了毫米波雷达、视频等感应器,其车顶就安置了一个体积较大、价值70万余人民币的64位激光雷达

  (VelodyneHDL64-E),谷歌同样也是采用的相同高端配置激光雷达。车载激光雷达系统的优劣主要取决于2D激光扫描仪的性能。激光发射器线束的越多,每秒采集的云点就越多。然而线束越多也就代表着激光雷达的造价就更加昂贵。

  就以Velodyne的产品为例,64线束的激光雷达价格是16线束的10倍。激光雷达除了成本高昂,遇到烟雾介质以及雨雪天气中表现一般,将掣肘它的发挥。

  不过作为核心传感器,低成本方案将加速无人驾驶的到来。目前,高精度的车用激光雷达产品的生产厂商主要集中于国外,包括美国的 Velodyne、Quanegy以及德国的IBEO公司等。国内的激光雷达产品目前相对落后,中国航空汽车系统控股有限公司高级专务周世宁曾表示,博世、大陆、法雷奥、英飞凌、德尔福等外资零部件企业早已抢占ADAS技术制高点,特别是在传感器的市场布局上,我国汽车零部件企业已经输在起跑线上了。

  毫米波雷达(millimeter wave)

  毫米波是指30~300GHz频域(波长为1~10mm)的电磁波,毫米波的波长介于厘米波和光波之间,因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。同厘米波导引头相比,毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学导引头相比,毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候(大雨天除外)全天时的特点,这能与激光雷达的作用产生互补。另外,毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头 。

  缺点是毫米波雷达由于波长原因,探测距离非常有限,也无法感知行人,而激光雷达可以对周边所有障碍物进行精准的建模。为了克服不同缺点缺点,车企势必要将这些传感器组合在一起。

  目前看毫米波雷达也是智能汽车ADAS 系统的标配传感器,按照目前主流分类,毫米波雷达可分为24GHz雷达和77GHz雷达。参照其特性,通常车辆周围的车辆检测使用24Ghz,前方车辆检测使用77GHz。以中国的实际国情以及芯片研发进度等行业特点来看,未来三年内24GHz毫米波雷达在国内仍有市场空间。望眼全球,我国77GHz毫米波雷达的大规模应用将稍微推后。

  由于ADAS的功能,往往是通过传感器+处理器的方式捆绑销售,国内汽车毫米波雷达系统的芯片、算法还主要依赖进口,成本很高。加快开发国产的 77GHZ毫米波雷达芯片并尽快车载应用,将是我国汽车毫米波雷达产业的机遇。同济大学汽车学院白杰教授认为,相对在摄像头方面的激烈竞争,毫米波雷达更有创新性,潜在的市场空间更大,机会更多。