激光雷達(dá)的普及所遇到的最大挑戰(zhàn)是：成本過高。單獨(dú)一個(gè)雷達(dá)的價(jià)格可能就超過了普通小汽車的價(jià)格，因此現(xiàn)階段還沒有大規(guī)模量產(chǎn)的可能性。

為了推進(jìn)自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)要解決攝像機(jī)測距、測速不夠精確的問題。工程師們選擇了性價(jià)比更高的毫米波雷達(dá)作為測距和測速的傳感器。毫米波雷達(dá)不僅擁有成本適中的有點(diǎn)，而且能夠完美處理激光雷達(dá)所處理不了的沙塵天氣。

下圖為百度Apollo 2.5中所使用的毫米波雷達(dá)——Continental的ARS-408，它被安裝在汽車保險(xiǎn)杠的正中間，面向汽車的前進(jìn)方向。

毫米波雷達(dá)的分類

頻率在10GHz~200GHz的電磁波，由于其波長在毫米量級，因此處于該頻率范圍的電磁波也被工程師們稱為毫米波。

應(yīng)用在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的毫米波雷達(dá)主要有3個(gè)頻段，分別是24GHz，77GHz和79GHz。不同頻段的毫米波雷達(dá)有著不同的性能和成本。

以Audi A8的傳感器布局為例，講解不同頻段毫米波雷達(dá)的功能。

短距離雷達(dá)：24GHz頻段

如上圖所示被標(biāo)注了橙色框的Corner radar和Rear radar，就是頻段在24GHz左右的雷達(dá)。

處在該頻段上的雷達(dá)的檢測距離有限，因此常用于檢測近處的障礙物（車輛）。圖中的這4個(gè)角雷達(dá)，能夠?qū)崿F(xiàn)的ADAS功能有盲點(diǎn)檢測、變道輔助等；在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中常用于感知車輛近處的障礙物，為換道決策提供感知信息。

長距離雷達(dá)：77GHz頻段

如上圖所示，被標(biāo)注為綠色框的Long-range radar，即為頻段在77GHz左右的雷達(dá)。性能良好的77GHz雷達(dá)的最大檢測距離可以達(dá)到160米以上，因此常被安裝在前保險(xiǎn)杠上，正對汽車的行駛方向。如下圖右下角的棕色區(qū)域，為特斯拉AutoPilot 2.0中所配備的長距離毫米波雷達(dá)，及其感知范圍。

長距離雷達(dá)能夠用于實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)、高速公路跟車等ADAS功能；同時(shí)也能滿足自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，對障礙物距離、速度和角度的測量需求。

長距離雷達(dá)：79GHz頻段

該頻段的傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)的功能和77GHz一樣，也是用于長距離的測量。

根據(jù)公式：光速 = 波長 * 頻率，頻率更高的毫米波雷達(dá)，其波長越短。波長越短，意味著分辨率越高；而分辨率越高，意味著在距離、速度、角度上的測量精度更高。因此79GHz的毫米波雷達(dá)必然是未來的發(fā)展趨勢。

毫米波雷達(dá)相比于激光有更強(qiáng)的穿透性，能夠輕松地穿透保險(xiǎn)杠上的塑料，因此常被安裝在汽車的保險(xiǎn)杠內(nèi)。這也是為什么很多具備ACC（自適應(yīng)巡航）的車上明明有毫米波雷達(dá)，卻很難從外觀上發(fā)現(xiàn)它們的原因。

毫米波雷達(dá)的數(shù)據(jù)

由于毫米波的測距和測速原理都是基于多普勒效應(yīng)，因此與激光的笛卡爾（XYZ）坐標(biāo)系不同，毫米波雷達(dá)的原始數(shù)據(jù)是基于（距離+角度）極坐標(biāo)系。當(dāng)然，兩種坐標(biāo)系可以根據(jù)三角函數(shù)相互轉(zhuǎn)換。

如下圖所示，安裝有毫米波雷達(dá)的自車前方有迎面駛來的藍(lán)色小車和同向行駛的綠色小車。

毫米波雷達(dá)發(fā)射的電磁會(huì)穿透汽車的前后保險(xiǎn)杠，但是無法穿透汽車底盤的金屬，因此在遇到金屬這類毫米波雷達(dá)無法穿透的物體時(shí)，電磁波就會(huì)返回。

以德爾福的前向毫米波雷達(dá)ESR為例，該雷達(dá)每幀最多能夠返回64個(gè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)，每個(gè)目標(biāo)的數(shù)據(jù)組成如下：

• power

回波強(qiáng)度，單位為分貝。不同類型的障礙物（汽車、鐵護(hù)欄、摩托車等）在不同距離下的回波強(qiáng)度也會(huì)有所變化，如果回波強(qiáng)度太低可以認(rèn)定該信號為噪聲。

• track_bridge_objectType

所檢測到的障礙物是否為橋。城市道路中會(huì)遇到立交橋的場景，從ESR中獲取的該信號，可以用于判斷所檢測到的障礙物是否為橋。

• track_oncoming

障礙物是否在靠近的標(biāo)志位。該標(biāo)志位多用于主動(dòng)安全的AEB（自動(dòng)緊急剎車）中。

• track_id

障礙物的“身份證”。每個(gè)障礙物都會(huì)有一個(gè)固定的ID，ID范圍是0~63。

• track_status

障礙物的跟蹤狀態(tài)。

• track_theta

障礙物與毫米波雷達(dá)所成的夾角。示意圖中的θ角，就是這里的值。由于每個(gè)雷達(dá)都有極限探測范圍，以ESR為例，圖中θ的范圍在-45°和45°之間。

• track_distance

障礙物距離毫米波雷達(dá)的距離。該距離是極坐標(biāo)系下的距離，也就是示意圖中的x。根據(jù)x和θ，即可計(jì)算出自車笛卡爾（XYZ）坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

• track_relative_radial_velocity

障礙物與自車的徑向相對速度。由于多普勒效應(yīng)的原理，雷達(dá)的測量中只能提供極坐標(biāo)系下的徑向速度，切向速度的測量置信度很低，因此雷達(dá)并不會(huì)提供障礙物的切向速度。

• track_relative_radial_acceleration

障礙物與自車的徑向相對加速度。該值是通過對徑向相對速度做微分得到的。

• track_mode_type

障礙物的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。根據(jù)該值可以判斷障礙物時(shí)靜止的還是運(yùn)動(dòng)的。

• track_width

障礙物的寬度。將原始的雷達(dá)數(shù)據(jù)點(diǎn)通過聚類后，會(huì)得到一個(gè)區(qū)域，該區(qū)域的范圍即認(rèn)為是障礙物的寬度。

目前國際上主流的毫米波雷達(dá)供應(yīng)商有四家，分別是Autoliv（奧托立夫）、Bosch（博世）、Continental（大陸）、Delphi（德爾福），業(yè)界簡稱ABCD。各家的毫米波雷達(dá)的產(chǎn)品提供的功能大同小異，大部分功能都是通過障礙物的回波能量、距離、角度信息推算而來的。

毫米波雷達(dá)的挑戰(zhàn)

在談?wù)撎魬?zhàn)之前，先直觀地感受一下激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)吧。

圖左為毫米波雷達(dá)檢測障礙物的位置信息；圖右是實(shí)際的道路場景。

圖中灰色圓圈的中心為雷達(dá)的安裝位置，藍(lán)色的點(diǎn)為靜止的障礙物，粉紅色的點(diǎn)移動(dòng)的障礙物。

可以很清晰地看到藍(lán)色的點(diǎn)組成了一條直線，這條直線其實(shí)就是鐵護(hù)欄。但是如何讓計(jì)算機(jī)知道這么多點(diǎn)里面有這么一條護(hù)欄呢？這就是算法工程師每天要做的事情啦。

實(shí)際開發(fā)的過程中，在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域應(yīng)用毫米波雷達(dá)有一下三點(diǎn)挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)1：數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差

很明顯...看到這樣（亂且不穩(wěn)定）的數(shù)據(jù)，工程師也表示很絕望。數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性對后續(xù)的軟件算法提出了較高的要求。

挑戰(zhàn)2：對金屬敏感

由于毫米波雷達(dá)發(fā)出的電磁波對金屬極為敏感，在實(shí)際測試過程中會(huì)發(fā)現(xiàn)近處路面上突然出現(xiàn)的釘子、遠(yuǎn)距離外的金屬廣告牌都會(huì)被認(rèn)為是障礙物。一旦車輛高速行駛，被這些突然跳出的障礙物干擾時(shí)，會(huì)導(dǎo)致剎車不斷，導(dǎo)致汽車的舒適性下降。

挑戰(zhàn)3：高度信息缺失

毫米波雷達(dá)的數(shù)據(jù)只能提供距離和角度信息，不能像激光雷達(dá)那樣提供高度信息。沒有高度信息的障礙物點(diǎn)會(huì)給技術(shù)開發(fā)帶來很多挑戰(zhàn)。

返回第一電動(dòng)網(wǎng)首頁 >