自動駕駛汽車開發(fā)中，激光雷達(dá)理應(yīng)是不能少的器件。但是車規(guī)的激光雷達(dá)，外國品牌在15萬元的價位，國產(chǎn)也在5萬的價位上。業(yè)內(nèi)人士一看，就知道，如果激光雷達(dá)，成本不下降到1萬以下，中國自動駕駛汽車要上市是不可能的。目前的產(chǎn)品基本上是，研究層面的事情，離上市還遠(yuǎn)得很。好在國內(nèi)激光雷達(dá)生產(chǎn)廠家越來越多，水平越來越高，成本下降的空間也是越來越大。整車廠自動駕駛汽車開發(fā)工程師，對激光雷達(dá)，做深入了解的要求也是越來越高。下面做系統(tǒng)介紹，供同行參考。

一、對激光雷達(dá)的認(rèn)識

普通人對雷達(dá)的認(rèn)識基本上源于電影的畫面（圖1），雷達(dá)可以發(fā)現(xiàn)敵人飛機(jī)。

有一個指針，在屏幕上做360度的旋轉(zhuǎn)，再就聽到了中國人民解放軍的工作人員在報告首長，在什么方位上，發(fā)現(xiàn)了敵人的飛機(jī)而已。其工作原理？電影沒有解釋，給人基本知識是，人用肉眼，看不見飛機(jī)的時候，用雷達(dá)，可以看到飛機(jī)的行蹤。自動駕駛汽車開發(fā)中，要用到雷達(dá)，是近幾年的事情。汽車為什么要用雷達(dá)？其功能是什么？如何用雷達(dá)？尤其是自動駕駛汽車開發(fā)的相關(guān)工程師，都想了解和學(xué)習(xí)。

一、雷達(dá)工作原理、功能、分類

雷達(dá)是通過發(fā)射和接受無線電波，來實現(xiàn)對目標(biāo)的探測，現(xiàn)代雷達(dá)可以同時探測目標(biāo)的距離、方位、高度、速度、形狀和目標(biāo)類型等。

（1）工作原理

①雷達(dá)設(shè)備的發(fā)射機(jī)，通過天線把電磁波能量射向空間某一方向（圖2），處在此方向上的物體反射碰到的電磁波；

②雷達(dá)天線接收此反射波，送至接收設(shè)備進(jìn)行處理，提取有關(guān)該物體的某些特征信息(如：目標(biāo)物體至雷達(dá)的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等)。

具體應(yīng)用：

①測量距離，是在測量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時間差，電磁波以光速傳播，據(jù)此就能換算成目標(biāo)的精確距離；

②測量目標(biāo)方位，是利用天線的尖銳方位波束測量技術(shù)，測量仰角靠窄的仰角波束，根據(jù)仰角和距離就能計算出目標(biāo)高度；

③測量速度，利用相對運(yùn)動產(chǎn)生的頻率多普勒效應(yīng)原理。雷達(dá)接收到的目標(biāo)回波頻率與雷達(dá)發(fā)射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。

（2）雷達(dá)基本功能

雷達(dá)基本功能，相似人的眼睛和耳朵。物理學(xué)告訴大家，不論是可見光或是無線電波，在本質(zhì)上是同一種東西，都是電磁波。在真空中傳播的速度都是光速（c），差別在于它們各自的頻率和波長不同。中學(xué)物理學(xué)知識告訴人們，真空光速定義值：c0=299792458m/s（（一般取300000km/s即每秒30萬公里）。

可以這樣理解，雷達(dá)用到汽車上，可以測量汽車之間相對速度、距離；可以測量汽車與障礙物之間距離；可以測量障礙物輪廓尺寸等。

（3）雷達(dá)的種類繁多，分類方法也非常復(fù)雜

①按照雷達(dá)信號形式分類，有脈沖雷達(dá)、連續(xù)波雷達(dá)、脈部壓縮雷達(dá)和頻率捷變雷達(dá)等；

②按照角跟蹤方式分類，有單脈沖雷達(dá)、圓錐掃描雷達(dá)和隱蔽圓錐掃描雷達(dá)等。

③按照目標(biāo)測量的參數(shù)分類，有測高雷達(dá)、二坐標(biāo)雷達(dá)、三坐標(biāo)雷達(dá)等；

④按照雷達(dá)采用的技術(shù)和信號處理的方式，有相參積累和非相參積累、動目標(biāo)顯示、動目標(biāo)檢測、脈沖多普勒雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)、邊掃描邊跟蹤雷達(dá)；

⑤按照天線掃描方式分類分類，分為機(jī)械掃描雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)等；

⑥按雷達(dá)頻段分，可分為超視距雷達(dá)、微波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)以及激光雷達(dá)等。

二、自動駕駛汽車開發(fā)中雷達(dá)選用原則

自動駕駛汽車開發(fā)中，必須要用到雷達(dá)（見圖3），不用多說了；或者說，沒有雷達(dá)技術(shù)的支持，就沒有自動駕駛汽車的出現(xiàn)。人們要問的是，如何選用雷達(dá)？

1）必須選用車規(guī)級雷達(dá)

雷達(dá)產(chǎn)品分類十分復(fù)雜，從自動駕駛汽車開發(fā)的出發(fā)點(diǎn)來說，一般是按雷達(dá)頻段分，可分為超視距雷達(dá)、微波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)以及激光雷達(dá)等。但是從產(chǎn)品質(zhì)量來說，這些雷達(dá)必須是車規(guī)級的。通俗地理解，雷達(dá)要符合汽車車用標(biāo)準(zhǔn)的，低了，滿足不了汽車使用環(huán)境，其生命周期比較短；高了，成本也高，汽車用不了。

2）雷達(dá)用在汽車什么場景，要實現(xiàn)什么能？

（1）泊車系統(tǒng)中，超聲波雷達(dá)。

①原理：

超聲波雷達(dá)，是利用傳感器內(nèi)的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生40KHz的超聲波，再由接收探頭，接收經(jīng)障礙物反射回來的超聲波。根據(jù)超聲波反射接收的時間差，來計算與障礙物之間的距離。

②優(yōu)勢：

超聲波雷達(dá)成本較低（單價：100元左右），探測距離近，精度高，且不受光線條件的影響。

③實例：

寶馬的i系列和7系列，已經(jīng)支持使用車鑰匙，遙控汽車自動泊車。在操作過程中，用戶只需要發(fā)出前進(jìn)或后退兩個指示，汽車就會持續(xù)使用超聲波傳感器檢測車位和障礙物，自動操作方向盤和制動器，實現(xiàn)自動泊車。

④圖例：

（2）ADAS系統(tǒng)中毫米波雷達(dá)

①原理：

毫米波，毫米波的波長介于厘米波和光波之間，波長在1mm到10mm之間的電磁波，換算成頻率后，毫米波的頻率位于30GHz到300GHz之間。毫米波雷達(dá)系統(tǒng)，主要包括天線、收發(fā)模塊、信號處理模塊，其中芯片、天線、PCB板是毫米波雷達(dá)的硬件核心。

②優(yōu)勢：

毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)。近些年，隨著毫米波雷達(dá)技術(shù)水平的提升和成本的下降，毫米波雷達(dá)（見圖4）開始應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。

③實例：

④圖例：

（3）L4級別以上自動駕駛車輛激光雷達(dá)

①原理：

②優(yōu)勢：

a）激光直線傳播、方向性好、光束非常窄，彌散性非常低；

b）其角分辨率不低于0.1mard，也就是說可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個目標(biāo)，距離分辨率可達(dá)0.1m；速度分辨率能達(dá)到10m/s以內(nèi)；

c）自然界中，能對激光雷達(dá)起干擾作用的信號源不多，抗有源干擾能力強(qiáng)。

③實例：

激光雷達(dá)，因其在測距測速、三維建模等領(lǐng)域的優(yōu)越性，L4級別以上自動駕駛車輛，是必選件。

④圖例：

有了激光雷達(dá)，可實現(xiàn)車輛前向間距預(yù)警、車輛雙側(cè)間距預(yù)警、車輛轉(zhuǎn)向盲區(qū)預(yù)警、車輛車道偏離預(yù)警等功能。

3）不同車輛幾何尺寸不同，要與雷達(dá)幾何大小配合好

①一維激光雷達(dá)，主要用于測距測速等，一般安裝在車內(nèi)、風(fēng)擋玻璃前面，后者安全后視鏡上；

②二維激光雷達(dá),主要用于輪廓測量、物體識別、區(qū)域監(jiān)控等，一般安裝在車外面的前頭；

③三維激光掃描儀、三維激光雷達(dá)，實時三維空間建模，一般安裝在車頂；

激光雷達(dá)還可以測量出周邊其他車輛在三個方向上的距離、速度、加速度、角速度等信息，再結(jié)合GPS地圖計算出車輛的位置。

4）雷達(dá)有一定幾何尺寸及性能指標(biāo)，要認(rèn)真了解和驗證

①國產(chǎn)的16 通道激光雷達(dá)跨阻放大器 LS1716M 芯片

②其參數(shù)如下：

電源電壓：3.3V；·輸入 ：APD 管的 N 極與輸入相連，P 極接負(fù)壓，16 通道跨阻放大器；單端輸入，單端輸出；·四種可編程跨阻放大器增益模式：86dBΩ / 80dBΩ / 74dBΩ / 68dBΩ；接收器帶寬> 200MHz·可接受最小激光脈沖半寬度：3.5ns；·單通道功耗< 70mW；·可選通輸出，通道切換時間<100ns；·輸出阻抗：50Ω； ·LQFP80L 封裝。

③激光雷達(dá)必須要廠家軟件支持。目前國產(chǎn)品牌激光雷達(dá)，配有相應(yīng)軟件，培訓(xùn)和服務(wù)基本到位。

③性價比比較高的國產(chǎn)激光雷達(dá)

圖11 國產(chǎn)激光雷達(dá)參數(shù)

32 線激光雷達(dá)能夠?qū)χ車h(huán)境進(jìn)行三維掃描探測。此系列產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，可應(yīng)用于汽車輔助駕駛(ADAS)、無人駕駛汽車。其特點(diǎn)是， 實時、360°、三維坐標(biāo)和距離等，性價比優(yōu)異。

三、總結(jié)

1）自動駕駛汽車的最高級別是無人駕駛。借用雷達(dá)選用情況，可以基本劃分出自動駕駛級別來，

2）沒有配有雷達(dá)的，一定是人工駕駛汽車；

3）配有超聲波雷達(dá)的，可以歸類輔助駕駛汽車了；

4）配有超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)的，可以歸類L3類自動駕駛汽車；

5）配有超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)的，激光雷達(dá)，可以歸類L3、L4

類自動駕駛汽車；

要注意，雷達(dá)是一個系統(tǒng)，不僅有硬件、軟件，還必須對外有接口，開發(fā)過程工程師，一定對雷達(dá)系統(tǒng)性能指標(biāo)參數(shù)，要了解、掌握他。