雷达检测技术在无人驾驶汽车方面的应用

王尊昊　刘清鸿

【摘  要】随着汽车产业和人工智能的不断发展，无人驾驶汽车的研发逐渐成为各车企之间合作和竞争的重要领域。雷达检测技术具有精度高、探测范围广的优点，目前已在无人驾驶汽车技术方面有了广泛的应用，本文通过介绍车载雷达的发展和现状、车载雷达的分类和特点，分析雷达检测技术在无人驾驶汽车方面的优劣势，探讨了雷达检测技术在无人驾驶汽车中的具体应用。

【关键词】毫米波雷达;激光雷达;无人驾驶汽车

随着微波、计算机、半导体、大规模集成电路等各个方面科学技术的发展，雷达检测技术也在不断发展。目前，雷达检测技术已经广泛的应用到无人驾驶汽车中，由于雷达具有精度高、探测范围广、全天时全天候的优点，可以有效的提高无人驾驶汽车的识别精度，大大提高了无人驾驶汽车的安全性，保障人民群众财产和生命安全，因而研讨雷达检测技术在无人驾驶汽车方面的应用非常必要。

1车载雷达的发展和现状

20世纪60年代，德国、美国、日本等国家率先着手开展车载毫米波雷达的研究工作;7、80年代毫米波雷达技术发展迅速，广泛运用于军事领域和美国、日本、欧洲国家的机车中;21世纪后，由于市场的需求，车载毫米波雷达发展迅速，目前毫米波雷达的关键技术主要由博世、奥托立夫等一些传统汽车零部件巨头所垄断。

激光雷达的设想最早于激光问世第二年提出，激光雷达既是一种新兴技术，也是传统雷达技术与激光技术的结合，目前世界激光雷达产业尚在初创期内，关键技术、产品商业化水平等均未成熟。

2车载雷达的分类和特点

目前车载雷达主要分为三类，分别为毫米波雷达、激光雷达和超声波雷达，三者之间互有优劣。

2.1毫米波雷达及其特点

毫米波是指无线电波中波长1至10毫米的电磁波，毫米波雷达即指工作频段在毫米波频段的雷达，其测距原理和一般雷达并无差异，即将无线电波发出，然后接收其回波，根据发出无线电波和接收回波的时间差来计算物体的距离，从而测得不同物体的位置信息。毫米波雷达发射的无线电波波束较窄，抗干扰能力强，其穿透雨、雪、雾霾的能力较强，能很好的适应各种复杂的天气环境，毫米波雷达探测有明显的多普勒效应，可以通过测量频移来获得探测物体的速度，但由于毫米波雷达的探测距离受到频段损耗的制约，导致其探测距离较短，无法对周围环境的障碍物精确建模。

2.2激光雷达及其特点

激光雷达是指工作在红外和可见光频段的，以激光为工作光束的雷达。与毫米波雷达相似，激光雷达也是采用回波成像的探测方式，不同的是，毫米波雷达发射的电磁波是一个锥形的波束，而激光雷达发射的电磁波是一条直线。由于激光具有高亮度性、高方向性、高单色性和高相干性等特点，因此与毫米波雷达相比，其探测范围更广，探测精度更高。但激光雷达受雨、雪、雾霾天气影响较大，并且对于探测物体的速度并不非常敏感。

2.3超声波雷达及其特点

超声波雷达是采用超声波作为工作电波的雷达，由于超声波散射角大，方向性差，通常车载超声波雷达检测距离为1至5米。虽然超声波雷达的探测距离很短，但在低速近距离的测量中，超声波雷达相比于毫米波雷达和激光雷达具有较大的优势，且超声波雷达的成本相较毫米波雷达和激光雷达更低。

3雷达检测技术在无人驾驶汽车方面的优势

目前而言，无人驾驶汽车系统主要分为任务决策、环境感知、路径规划和车辆控制四个部分，在环境感知这一部分，通常采用多种不同雷达联合使用的雷达检测方式来提高雷达检测的准确性，从而提高车辆运行的安全性，相比于诸如视频检测方式等，多种雷达联合检测的方式也具有相当的优势。

3.1 适应全天时全天候的复杂环境

由于毫米波具有良好的穿透性，毫米波雷达在各种雨、雪、雾霾的恶劣天气都能稳定有效高精度的发挥检测的作用。由于雷达回波检测的方式，无论是白天还是夜晚，毫米波雷达和激光雷达都能准确有效的识別周边环境的障碍物，从而使无人驾驶汽车在各种复杂的天气环境下都能安全有效的避开障碍物。

3.2 探测范围广，探测角度大

相较于摄像头检测方式和红外线传感器检测方式而言，毫米波雷达和激光雷达的探测范围更广，探测的角度也更大，将雷达检测方式运用于无人驾驶汽车中，可以使车辆从更远更大的范围内探测到障碍物。

3.3对周围环境障碍物的测速效果好

由于毫米波雷达所发出的毫米波具有多普勒效应，利用多普勒效应可以测得障碍物相对于车辆的速度，从而达到测速的效果。相较于摄像头检测方式和红外线传感器检测方式而言，毫米波雷达的测速效果都更加准确有效。

4雷达检测方式在无人驾驶汽车方面的劣势

4.1 激光雷达成本较高

由于受到目前生产技术方面的制约，激光雷达的成本较为高昂，这也使得无人驾驶汽车的成本难以降低。

4.2 雷达检测方式难以识别路标

相较于摄像头检测方式，雷达检测方式显然难以识别各种复杂的路标。

5 雷达检测技术在无人驾驶汽车方面的具体应用

5.1激光雷达在无人驾驶汽车方面的应用

目前百度、谷歌、通用等公司利用激光雷达高精度、对环境变化响应快的优点开发了即时定位与地图构建技术，实时提取无人驾驶车辆沿途环境特征形成局部地图并与已有全局地图数据相关联以实现精确导航和厘米级定位的功能。此外，利用激光雷达发射激光对于不同物质反射回波信号强度不同的特点，使无人驾驶汽车简单分类各个目标，如车辆、斑马线、红绿灯等，通常与摄像头检测数据相结合以达到分类识别的功能。激光雷达和摄像头检测方式联合还可以将提取的障碍物数据发送给计算机控制系统，利用计算机控制系统预测障碍物的移动轨迹和跟踪轨迹来实时改变行车路线，使车辆避免撞上障碍物。

5.2毫米波雷达在无人驾驶汽车方面的应用

目前毫米波雷达被广泛运用于自适应巡航、前向防撞报警、盲点检测、辅助停车、辅助变道等功能中，通常一套成熟的无人驾驶汽车方案配备有多个短程、中程、远程毫米波雷达。

5.3超声波雷达在无人驾驶汽车方面的应用

由于超声波雷达在短距离内测量的优势和长距离测量的劣势，目前超声波雷达主要运用于车辆的倒车系统中，检测近距离车辆附近的障碍物，保障车辆倒车的安全性。

6总结

无人驾驶汽车技术的发展是汽车产业发展的必然趋势，雷达检测技术作为一种优越的探测技术运用于无人驾驶汽车中，将大大提高无人驾驶汽车的安全性，雷达也将会是无人驾驶汽车必不可少的一双眼睛。

参考文献：

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（作者单位：厦门大学航空航天学院）