自動(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)發(fā)中，激光雷達(dá)理應(yīng)是不能少的器件。但是車(chē)規(guī)的激光雷達(dá)，外國(guó)品牌在15萬(wàn)元的價(jià)位，國(guó)產(chǎn)也在5萬(wàn)的價(jià)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(wàn)以下，中國(guó)自動(dòng)駕駛汽車(chē)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(guó)內(nèi)激光雷達(dá)生產(chǎn)廠家越來(lái)越多，水平越來(lái)越高，成本下降的空間也是越來(lái)越大。整車(chē)廠自動(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)發(fā)工程師，對(duì)激光雷達(dá)，做深入了解的要求也是越來(lái)越高。下面做系統(tǒng)介紹，供同行參考。

一、對(duì)激光雷達(dá)的認(rèn)識(shí)

普通人對(duì)雷達(dá)的認(rèn)識(shí)基本上源于電影的畫(huà)面（圖1），雷達(dá)可以發(fā)現(xiàn)敵人飛機(jī)。

有一個(gè)指針，在屏幕上做360度的旋轉(zhuǎn)，再就聽(tīng)到了中國(guó)人民解放軍的工作人員在報(bào)告首長(zhǎng)，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(méi)有解釋?zhuān)o人基本知識(shí)是，人用肉眼，看不見(jiàn)飛機(jī)的時(shí)候，用雷達(dá)，可以看到飛機(jī)的行蹤。自動(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)發(fā)中，要用到雷達(dá)，是近幾年的事情。汽車(chē)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(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)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(lèi)

雷達(dá)是通過(guò)發(fā)射和接受無(wú)線電波，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)，現(xiàn)代雷達(dá)可以同時(shí)探測(cè)目標(biāo)的距離、方位、高度、速度、形狀和目標(biāo)類(lèi)型等。

（1）工作原理

①雷達(dá)設(shè)備的發(fā)射機(jī)，通過(guò)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(cè)量距離，是在測(cè)量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時(shí)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(cè)量目標(biāo)方位，是利用天線的尖銳方位波束測(cè)量技術(shù)，測(cè)量仰角靠窄的仰角波束，根據(jù)仰角和距離就能計(jì)算出目標(biāo)高度；

③測(cè)量速度，利用相對(duì)運(yùn)動(dòng)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(chēng)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(jiàn)光或是無(wú)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(zhǎng)不同。中學(xué)物理學(xué)知識(shí)告訴人們，真空光速定義值：c0=299792458m/s（（一般取300000km/s即每秒30萬(wàn)公里）。

可以這樣理解，雷達(dá)用到汽車(chē)上，可以測(cè)量汽車(chē)之間相對(duì)速度、距離；可以測(cè)量汽車(chē)與障礙物之間距離；可以測(cè)量障礙物輪廓尺寸等。

（3）雷達(dá)的種類(lèi)繁多，分類(lèi)方法也非常復(fù)雜

①按照雷達(dá)信號(hào)形式分類(lèi)，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(lèi)，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(cè)量的參數(shù)分類(lèi)，有測(cè)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(hào)處理的方式，有相參積累和非相參積累、動(dòng)目標(biāo)顯示、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、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(lèi)分類(lèi)，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(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)發(fā)中雷達(dá)選用原則

自動(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)發(fā)中，必須要用到雷達(dá)（見(jiàn)圖3），不用多說(shuō)了；或者說(shuō)，沒(méi)有雷達(dá)技術(shù)的支持，就沒(méi)有自動(dòng)駕駛汽車(chē)的出現(xiàn)。人們要問(wèn)的是，如何選用雷達(dá)？

1）必須選用車(chē)規(guī)級(jí)雷達(dá)

雷達(dá)產(chǎn)品分類(lèi)十分復(fù)雜，從自動(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)發(fā)的出發(fā)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，這些雷達(dá)必須是車(chē)規(guī)級(jí)的。通俗地理解，雷達(dá)要符合汽車(chē)車(chē)用標(biāo)準(zhǔn)的，低了，滿足不了汽車(chē)使用環(huán)境，其生命周期比較短；高了，成本也高，汽車(chē)用不了。

2）雷達(dá)用在汽車(chē)什么場(chǎng)景，要實(shí)現(xiàn)什么能？

（1）泊車(chē)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(lái)的超聲波。根據(jù)超聲波反射接收的時(shí)間差，來(lái)計(jì)算與障礙物之間的距離。

②優(yōu)勢(shì)：

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

③實(shí)例：

寶馬的i系列和7系列，已經(jīng)支持使用車(chē)鑰匙，遙控汽車(chē)自動(dòng)泊車(chē)。在操作過(guò)程中，用戶只需要發(fā)出前進(jìn)或后退兩個(gè)指示，汽車(chē)就會(huì)持續(xù)使用超聲波傳感器檢測(cè)車(chē)位和障礙物，自動(dòng)操作方向盤(pán)和制動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車(chē)。

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(zhǎng)介于厘米波和光波之間，波長(zhǎng)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(hào)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(shì)：

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(jiàn)圖4）開(kāi)始應(yīng)用于汽車(chē)領(lǐng)域。

③實(shí)例：

④圖例：

（3）L4級(jí)別以上自動(dòng)駕駛車(chē)輛激光雷達(dá)

①原理：

②優(yōu)勢(shì)：

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(shuō)可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個(gè)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(duì)激光雷達(dá)起干擾作用的信號(hào)源不多，抗有源干擾能力強(qiáng)。

③實(shí)例：

激光雷達(dá)，因其在測(cè)距測(cè)速、三維建模等領(lǐng)域的優(yōu)越性，L4級(jí)別以上自動(dòng)駕駛車(chē)輛，是必選件。

④圖例：

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

3）不同車(chē)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(cè)距測(cè)速等，一般安裝在車(chē)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(cè)量、物體識(shí)別、區(qū)域監(jiān)控等，一般安裝在車(chē)外面的前頭；

③三維激光掃描儀、三維激光雷達(dá)，實(shí)時(shí)三維空間建模，一般安裝在車(chē)頂；

激光雷達(dá)還可以測(cè)量出周邊其他車(chē)輛在三個(gè)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(jì)算出車(chē)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(yàn)證

①國(guó)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(shí)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(guó)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(jià)比比較高的國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)

圖11 國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)參數(shù)

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

三、總結(jié)

1）自動(dòng)駕駛汽車(chē)的最高級(jí)別是無(wú)人駕駛。借用雷達(dá)選用情況，可以基本劃分出自動(dòng)駕駛級(jí)別來(lái)，

2）沒(méi)有配有雷達(dá)的，一定是人工駕駛汽車(chē)；

3）配有超聲波雷達(dá)的，可以歸類(lèi)輔助駕駛汽車(chē)了；

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

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(lèi)L3、L4

類(lèi)自動(dòng)駕駛汽車(chē)；

要注意，雷達(dá)是一個(gè)系統(tǒng)，不僅有硬件、軟件，還必須對(duì)外有接口，開(kāi)發(fā)過(guò)程工程師，一定對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)性能指標(biāo)參數(shù)，要了解、掌握他。