雷達檢測技術在無人駕駛汽車方面的應用

王尊昊　劉清鴻

【摘? 要】隨著汽車產業和人工智能的不斷發展，無人駕駛汽車的研發逐漸成為各車企之間合作和競爭的重要領域。雷達檢測技術具有精度高、探測范圍廣的優點，目前已在無人駕駛汽車技術方面有了廣泛的應用，本文通過介紹車載雷達的發展和現狀、車載雷達的分類和特點，分析雷達檢測技術在無人駕駛汽車方面的優劣勢，探討了雷達檢測技術在無人駕駛汽車中的具體應用。

【關鍵詞】毫米波雷達;激光雷達;無人駕駛汽車

隨著微波、計算機、半導體、大規模集成電路等各個方面科學技術的發展，雷達檢測技術也在不斷發展。目前，雷達檢測技術已經廣泛的應用到無人駕駛汽車中，由于雷達具有精度高、探測范圍廣、全天時全天候的優點，可以有效的提高無人駕駛汽車的識別精度，大大提高了無人駕駛汽車的安全性，保障人民群眾財產和生命安全，因而研討雷達檢測技術在無人駕駛汽車方面的應用非常必要。

1車載雷達的發展和現狀

20世紀60年代，德國、美國、日本等國家率先著手開展車載毫米波雷達的研究工作;7、80年代毫米波雷達技術發展迅速，廣泛運用于軍事領域和美國、日本、歐洲國家的機車中;21世紀后，由于市場的需求，車載毫米波雷達發展迅速，目前毫米波雷達的關鍵技術主要由博世、奧托立夫等一些傳統汽車零部件巨頭所壟斷。

激光雷達的設想最早于激光問世第二年提出，激光雷達既是一種新興技術，也是傳統雷達技術與激光技術的結合，目前世界激光雷達產業尚在初創期內，關鍵技術、產品商業化水平等均未成熟。

2車載雷達的分類和特點

目前車載雷達主要分為三類，分別為毫米波雷達、激光雷達和超聲波雷達，三者之間互有優劣。

2.1毫米波雷達及其特點

毫米波是指無線電波中波長1至10毫米的電磁波，毫米波雷達即指工作頻段在毫米波頻段的雷達，其測距原理和一般雷達并無差異，即將無線電波發出，然后接收其回波，根據發出無線電波和接收回波的時間差來計算物體的距離，從而測得不同物體的位置信息。毫米波雷達發射的無線電波波束較窄，抗干擾能力強，其穿透雨、雪、霧霾的能力較強，能很好的適應各種復雜的天氣環境，毫米波雷達探測有明顯的多普勒效應，可以通過測量頻移來獲得探測物體的速度，但由于毫米波雷達的探測距離受到頻段損耗的制約，導致其探測距離較短，無法對周圍環境的障礙物精確建模。

2.2激光雷達及其特點

激光雷達是指工作在紅外和可見光頻段的，以激光為工作光束的雷達。與毫米波雷達相似，激光雷達也是采用回波成像的探測方式，不同的是，毫米波雷達發射的電磁波是一個錐形的波束，而激光雷達發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，因此與毫米波雷達相比，其探測范圍更廣，探測精度更高。但激光雷達受雨、雪、霧霾天氣影響較大，并且對于探測物體的速度并不非常敏感。

2.3超聲波雷達及其特點

超聲波雷達是采用超聲波作為工作電波的雷達，由于超聲波散射角大，方向性差，通常車載超聲波雷達檢測距離為1至5米。雖然超聲波雷達的探測距離很短，但在低速近距離的測量中，超聲波雷達相比于毫米波雷達和激光雷達具有較大的優勢，且超聲波雷達的成本相較毫米波雷達和激光雷達更低。

3雷達檢測技術在無人駕駛汽車方面的優勢

目前而言，無人駕駛汽車系統主要分為任務決策、環境感知、路徑規劃和車輛控制四個部分，在環境感知這一部分，通常采用多種不同雷達聯合使用的雷達檢測方式來提高雷達檢測的準確性，從而提高車輛運行的安全性，相比于諸如視頻檢測方式等，多種雷達聯合檢測的方式也具有相當的優勢。

3.1 適應全天時全天候的復雜環境

由于毫米波具有良好的穿透性，毫米波雷達在各種雨、雪、霧霾的惡劣天氣都能穩定有效高精度的發揮檢測的作用。由于雷達回波檢測的方式，無論是白天還是夜晚，毫米波雷達和激光雷達都能準確有效的識別周邊環境的障礙物，從而使無人駕駛汽車在各種復雜的天氣環境下都能安全有效的避開障礙物。

3.2 探測范圍廣，探測角度大

相較于攝像頭檢測方式和紅外線傳感器檢測方式而言，毫米波雷達和激光雷達的探測范圍更廣，探測的角度也更大，將雷達檢測方式運用于無人駕駛汽車中，可以使車輛從更遠更大的范圍內探測到障礙物。

3.3對周圍環境障礙物的測速效果好

由于毫米波雷達所發出的毫米波具有多普勒效應，利用多普勒效應可以測得障礙物相對于車輛的速度，從而達到測速的效果。相較于攝像頭檢測方式和紅外線傳感器檢測方式而言，毫米波雷達的測速效果都更加準確有效。

4雷達檢測方式在無人駕駛汽車方面的劣勢

4.1 激光雷達成本較高

由于受到目前生產技術方面的制約，激光雷達的成本較為高昂，這也使得無人駕駛汽車的成本難以降低。

4.2 雷達檢測方式難以識別路標

相較于攝像頭檢測方式，雷達檢測方式顯然難以識別各種復雜的路標。

5 雷達檢測技術在無人駕駛汽車方面的具體應用

5.1激光雷達在無人駕駛汽車方面的應用

目前百度、谷歌、通用等公司利用激光雷達高精度、對環境變化響應快的優點開發了即時定位與地圖構建技術，實時提取無人駕駛車輛沿途環境特征形成局部地圖并與已有全局地圖數據相關聯以實現精確導航和厘米級定位的功能。此外，利用激光雷達發射激光對于不同物質反射回波信號強度不同的特點，使無人駕駛汽車簡單分類各個目標，如車輛、斑馬線、紅綠燈等，通常與攝像頭檢測數據相結合以達到分類識別的功能。激光雷達和攝像頭檢測方式聯合還可以將提取的障礙物數據發送給計算機控制系統，利用計算機控制系統預測障礙物的移動軌跡和跟蹤軌跡來實時改變行車路線，使車輛避免撞上障礙物。

5.2毫米波雷達在無人駕駛汽車方面的應用

目前毫米波雷達被廣泛運用于自適應巡航、前向防撞報警、盲點檢測、輔助停車、輔助變道等功能中，通常一套成熟的無人駕駛汽車方案配備有多個短程、中程、遠程毫米波雷達。

5.3超聲波雷達在無人駕駛汽車方面的應用

由于超聲波雷達在短距離內測量的優勢和長距離測量的劣勢，目前超聲波雷達主要運用于車輛的倒車系統中，檢測近距離車輛附近的障礙物，保障車輛倒車的安全性。

6總結

無人駕駛汽車技術的發展是汽車產業發展的必然趨勢，雷達檢測技術作為一種優越的探測技術運用于無人駕駛汽車中，將大大提高無人駕駛汽車的安全性，雷達也將會是無人駕駛汽車必不可少的一雙眼睛。

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（作者單位：廈門大學航空航天學院）