對于無人駕駛來說 想要真正上路行駛，最關鍵的技術難點就在于汽車如何能對現(xiàn)實中復雜的交通狀況了如指掌，這樣一來就必須使用雷達裝置。毫米波雷達穿透力強，激光雷達精度高，究竟應該如何選擇？
雷達是用無線電的方法發(fā)現(xiàn)目標并測定他們的空間位置。因此，雷達是利用電磁波探測目標的電子設備。雷達發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得目標至電磁波發(fā)射點的距離、距離變化率、方位、高度等信息。而無人駕駛主要是依靠車內(nèi)的以計算機系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實現(xiàn)無人駕駛。從當前各家公司的路測汽車照片來看，機械式的多線束激光雷達是主流方案。
首先，科普一下什么是激光雷達。簡單來說激光雷達主要是通過發(fā)射激光束來探測周遭環(huán)境，車載激光雷達普遍采用多個激光發(fā)射器和接收器，建立三維點云圖，從而達到實時環(huán)境感知的目的。
激光雷達的優(yōu)勢在于其探測范圍更廣，探測精度更高。但是，激光雷達的缺點也很明顯：在雨雪霧等極端天氣下性能較差;采集的數(shù)據(jù)量過大;十分昂貴。
激光雷達應用廠商——包括百度、谷歌、福特、奧迪、寶馬等等。
技術上來講，目前傳統(tǒng)激光雷達技術已經(jīng)很成熟，而固態(tài)激光雷達和混合固態(tài)激光雷達尚處于起步階段，因此各企業(yè)當前在自動駕駛汽車使用的激光雷達，多以機械式激光雷達為主。而從整個激光雷達行業(yè)來看，高精度車載激光雷達產(chǎn)品生產(chǎn)商主要集中在國外，如美國的Velodyne、Quanegy，德國的IBEO，國內(nèi)近幾年也開始出現(xiàn)一些專注于車載激光雷達的企業(yè)，以及一些從其他領域轉(zhuǎn)行而來的激光雷達企業(yè)，因看中自動駕駛汽車廣闊發(fā)展前景，紛紛投身車載激光雷達產(chǎn)品的研發(fā)，目前來看成果顯著。
所謂的毫米波雷達，就是指工作頻段在毫米波頻段的雷達，測距原理跟一般雷達一樣，也就是把無線電波（雷達波）發(fā)出去，然后接收回波，根據(jù)收發(fā)之間的時間差測得目標的位置數(shù)據(jù)。毫米波雷達就是這個無線電波的頻率是毫米波頻段。
毫米波雷達從上世紀起就已在高檔汽車中使用，技術相對成熟。毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優(yōu)點，且其引導頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點。此外，毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，相比于激光雷達是一大優(yōu)勢。
毫米波雷達的缺點也十分直觀，探測距離受到頻段損耗的直接制約（想要探測的遠，就必須使用高頻段雷達），也無法感知行人，并且對周邊所有障礙物無法進行精準的建模。
毫米波雷應用廠商——典型代表特斯拉。
Autopilot2.0這套硬件中，除了8個攝像頭和12 個全新超聲波傳感器之外，一個前向探測雷達引起了我們的注意。經(jīng)研究，特斯拉上所使用的探測雷達為毫米波雷達，而非其他主流無人駕駛研發(fā)中所使用的激光雷。
按照目前的主流分類，汽車毫米波雷達頻率主要包括77GHz和24GHz兩種，其中前者波長更短，探測距離更遠，因此多用于前方車輛檢測;而后者則通常用在車輛周圍的檢測，如盲點檢測。此外，也有一些其他頻段的毫米波雷達，如日本的60GHz以及臺灣使用的79GHz。
從整個毫米波雷達行業(yè)發(fā)展來看，無論系統(tǒng)還是器件，核心技術目前仍掌握在國外企業(yè)手中，如系統(tǒng)領域的博世、大陸、德爾福等，器件方面的飛思卡爾、英飛凌、意法半導體等。不過，近幾年國內(nèi)也涌現(xiàn)出了一些毫米波雷達相關公司，加速了行業(yè)的發(fā)展。有專家認為，相對于攝像頭方面的激烈競爭，毫米波雷達更有創(chuàng)新性，潛在的市場空間更大，機會更多。
特別是77GHz，未來有望成為毫米波雷達主流，而在國內(nèi)，加快開發(fā)國產(chǎn)的77GHZ毫米波雷達芯片并盡快車載應用，將是我國汽車毫米波雷達產(chǎn)業(yè)的機遇。據(jù)悉，北京行易道研制的 77GHz的毫米波雷達，已經(jīng)成功搭載于被北汽無人駕駛汽車。
固態(tài)激光雷達與毫米波雷達相結(jié)合最佳
現(xiàn)階段無人駕駛領域，用于周圍環(huán)境感測的主流傳感器有激光雷達、毫米波雷達、視覺傳感器三種。攝像頭作為視覺傳感器的載體，已經(jīng)成為無人駕駛汽車的核心硬件之一，而雷達設備的各個參與廠商和企業(yè)則是喜好各異。
近日，外媒報導，美商TetraVue完成1千萬美元募資計劃，鴻海是主要投資者之一，TetraVue的3D激光雷達技術，主攻自動駕駛汽車領域。
TetraVue主要開發(fā)3D快閃光激光雷達（3D Flash LIDAR）感測技術應用，結(jié)合固態(tài)感應器，應用在自駕車領域，可在實際駕駛環(huán)境中、提供高解析畫質(zhì)的 3D 影像顯示，提升自動駕駛的操作體驗，未來有可能取代現(xiàn)有的機械式感應器。
除了前面提到的百度和谷歌之外，福特以及奧迪這類的傳統(tǒng)車廠也選擇的激光雷達，值得注意的是，傳統(tǒng)車廠所選擇的激光雷達種類是混合固態(tài)激光雷達。
相對于傳統(tǒng)360度機械旋轉(zhuǎn)激光雷達來說，固態(tài)激光雷達采用基于電子部件進行數(shù)據(jù)讀寫的方案，去除了機械旋轉(zhuǎn)部件。這樣一來，其成本可大幅降低至200美元左右，并且在保證性能的情況下，縮小的體積可將其集成至傳統(tǒng)汽車的外觀中。
那么混合固態(tài)雷達又是什么樣的呢？雖然從外觀上看不到傳統(tǒng)激光雷達的旋轉(zhuǎn)機制，但是為了360全視角，其內(nèi)部實際上仍然存在一些機械旋轉(zhuǎn)部件。只是這套機械旋轉(zhuǎn)部件做的非常小巧并且藏在機身內(nèi)部而已。所以，為了和固態(tài)激光雷達區(qū)分開來，取名混合固態(tài)激光雷達。
激光雷達初創(chuàng)公司Velodyne，以及德國的Ibeo激光雷達公司都有相關的混合固態(tài)激光雷達產(chǎn)品。目前來看，Velodyne研發(fā)的混合固態(tài)激光雷達的售價依舊高達7999美元，但福特方面宣稱量產(chǎn)后的售價將控制在500美元左右。
Velodyne宣稱有希望將原價幾萬美金的激光雷達降低到成本50美元以內(nèi)。
不過，固態(tài)激光雷達依然無法解決極端氣候下，無法施展性能的弊端。所以說，將全天候工作的毫米波雷達與之相結(jié)合的話，必然可以大大提升無人駕駛汽車的探測性能，順便可以擺脫傳統(tǒng)激光雷達如全家桶一樣，立在車頂而影響美觀。
結(jié)語
由此可見，傳統(tǒng)激光雷達產(chǎn)品短期內(nèi)還難以擺脫高成本的制約，這樣一來價格優(yōu)勢更加明顯的固態(tài)激光雷達和毫米波雷達，不僅可以在性能上實現(xiàn)互補，還可以大大降低使用成本。2016年，Velodyne 總裁 Mike Jellen對外表示，Velodyne 的激光雷達在大規(guī)模量產(chǎn)情況下（訂單超過百萬），其售價可降至500美金。而不久后，這家公司又表示，已經(jīng)成功設計出可應用于自動駕駛汽車上的全新固態(tài)技術激光雷達。在提供優(yōu)質(zhì)可靠的 3D 成像同時，當大規(guī)模投產(chǎn)后能夠讓產(chǎn)品單價降至 50 美元以下。這樣一來或許可以為無人駕駛的開發(fā)提供更多的選擇。
雷達是用無線電的方法發(fā)現(xiàn)目標并測定他們的空間位置。因此，雷達是利用電磁波探測目標的電子設備。雷達發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得目標至電磁波發(fā)射點的距離、距離變化率、方位、高度等信息。而無人駕駛主要是依靠車內(nèi)的以計算機系統(tǒng)為主的智能駕駛儀來實現(xiàn)無人駕駛。從當前各家公司的路測汽車照片來看，機械式的多線束激光雷達是主流方案。
激光雷達和毫米波雷達區(qū)別
首先，科普一下什么是激光雷達。簡單來說激光雷達主要是通過發(fā)射激光束來探測周遭環(huán)境，車載激光雷達普遍采用多個激光發(fā)射器和接收器，建立三維點云圖，從而達到實時環(huán)境感知的目的。
激光雷達的優(yōu)勢在于其探測范圍更廣，探測精度更高。但是，激光雷達的缺點也很明顯：在雨雪霧等極端天氣下性能較差;采集的數(shù)據(jù)量過大;十分昂貴。
激光雷達應用廠商——包括百度、谷歌、福特、奧迪、寶馬等等。
技術上來講，目前傳統(tǒng)激光雷達技術已經(jīng)很成熟，而固態(tài)激光雷達和混合固態(tài)激光雷達尚處于起步階段，因此各企業(yè)當前在自動駕駛汽車使用的激光雷達，多以機械式激光雷達為主。而從整個激光雷達行業(yè)來看，高精度車載激光雷達產(chǎn)品生產(chǎn)商主要集中在國外，如美國的Velodyne、Quanegy，德國的IBEO，國內(nèi)近幾年也開始出現(xiàn)一些專注于車載激光雷達的企業(yè)，以及一些從其他領域轉(zhuǎn)行而來的激光雷達企業(yè)，因看中自動駕駛汽車廣闊發(fā)展前景，紛紛投身車載激光雷達產(chǎn)品的研發(fā)，目前來看成果顯著。
所謂的毫米波雷達，就是指工作頻段在毫米波頻段的雷達，測距原理跟一般雷達一樣，也就是把無線電波（雷達波）發(fā)出去，然后接收回波，根據(jù)收發(fā)之間的時間差測得目標的位置數(shù)據(jù)。毫米波雷達就是這個無線電波的頻率是毫米波頻段。
毫米波雷達從上世紀起就已在高檔汽車中使用，技術相對成熟。毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優(yōu)點，且其引導頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點。此外，毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，相比于激光雷達是一大優(yōu)勢。
毫米波雷達的缺點也十分直觀，探測距離受到頻段損耗的直接制約（想要探測的遠，就必須使用高頻段雷達），也無法感知行人，并且對周邊所有障礙物無法進行精準的建模。
毫米波雷應用廠商——典型代表特斯拉。
Autopilot2.0這套硬件中，除了8個攝像頭和12 個全新超聲波傳感器之外，一個前向探測雷達引起了我們的注意。經(jīng)研究，特斯拉上所使用的探測雷達為毫米波雷達，而非其他主流無人駕駛研發(fā)中所使用的激光雷。
按照目前的主流分類，汽車毫米波雷達頻率主要包括77GHz和24GHz兩種，其中前者波長更短，探測距離更遠，因此多用于前方車輛檢測;而后者則通常用在車輛周圍的檢測，如盲點檢測。此外，也有一些其他頻段的毫米波雷達，如日本的60GHz以及臺灣使用的79GHz。
從整個毫米波雷達行業(yè)發(fā)展來看，無論系統(tǒng)還是器件，核心技術目前仍掌握在國外企業(yè)手中，如系統(tǒng)領域的博世、大陸、德爾福等，器件方面的飛思卡爾、英飛凌、意法半導體等。不過，近幾年國內(nèi)也涌現(xiàn)出了一些毫米波雷達相關公司，加速了行業(yè)的發(fā)展。有專家認為，相對于攝像頭方面的激烈競爭，毫米波雷達更有創(chuàng)新性，潛在的市場空間更大，機會更多。
特別是77GHz，未來有望成為毫米波雷達主流，而在國內(nèi)，加快開發(fā)國產(chǎn)的77GHZ毫米波雷達芯片并盡快車載應用，將是我國汽車毫米波雷達產(chǎn)業(yè)的機遇。據(jù)悉，北京行易道研制的 77GHz的毫米波雷達，已經(jīng)成功搭載于被北汽無人駕駛汽車。
固態(tài)激光雷達與毫米波雷達相結(jié)合最佳
現(xiàn)階段無人駕駛領域，用于周圍環(huán)境感測的主流傳感器有激光雷達、毫米波雷達、視覺傳感器三種。攝像頭作為視覺傳感器的載體，已經(jīng)成為無人駕駛汽車的核心硬件之一，而雷達設備的各個參與廠商和企業(yè)則是喜好各異。
近日，外媒報導，美商TetraVue完成1千萬美元募資計劃，鴻海是主要投資者之一，TetraVue的3D激光雷達技術，主攻自動駕駛汽車領域。
TetraVue主要開發(fā)3D快閃光激光雷達（3D Flash LIDAR）感測技術應用，結(jié)合固態(tài)感應器，應用在自駕車領域，可在實際駕駛環(huán)境中、提供高解析畫質(zhì)的 3D 影像顯示，提升自動駕駛的操作體驗，未來有可能取代現(xiàn)有的機械式感應器。
除了前面提到的百度和谷歌之外，福特以及奧迪這類的傳統(tǒng)車廠也選擇的激光雷達，值得注意的是，傳統(tǒng)車廠所選擇的激光雷達種類是混合固態(tài)激光雷達。
相對于傳統(tǒng)360度機械旋轉(zhuǎn)激光雷達來說，固態(tài)激光雷達采用基于電子部件進行數(shù)據(jù)讀寫的方案，去除了機械旋轉(zhuǎn)部件。這樣一來，其成本可大幅降低至200美元左右，并且在保證性能的情況下，縮小的體積可將其集成至傳統(tǒng)汽車的外觀中。
那么混合固態(tài)雷達又是什么樣的呢？雖然從外觀上看不到傳統(tǒng)激光雷達的旋轉(zhuǎn)機制，但是為了360全視角，其內(nèi)部實際上仍然存在一些機械旋轉(zhuǎn)部件。只是這套機械旋轉(zhuǎn)部件做的非常小巧并且藏在機身內(nèi)部而已。所以，為了和固態(tài)激光雷達區(qū)分開來，取名混合固態(tài)激光雷達。
激光雷達初創(chuàng)公司Velodyne，以及德國的Ibeo激光雷達公司都有相關的混合固態(tài)激光雷達產(chǎn)品。目前來看，Velodyne研發(fā)的混合固態(tài)激光雷達的售價依舊高達7999美元，但福特方面宣稱量產(chǎn)后的售價將控制在500美元左右。
Velodyne宣稱有希望將原價幾萬美金的激光雷達降低到成本50美元以內(nèi)。
不過，固態(tài)激光雷達依然無法解決極端氣候下，無法施展性能的弊端。所以說，將全天候工作的毫米波雷達與之相結(jié)合的話，必然可以大大提升無人駕駛汽車的探測性能，順便可以擺脫傳統(tǒng)激光雷達如全家桶一樣，立在車頂而影響美觀。
結(jié)語
由此可見，傳統(tǒng)激光雷達產(chǎn)品短期內(nèi)還難以擺脫高成本的制約，這樣一來價格優(yōu)勢更加明顯的固態(tài)激光雷達和毫米波雷達，不僅可以在性能上實現(xiàn)互補，還可以大大降低使用成本。2016年，Velodyne 總裁 Mike Jellen對外表示，Velodyne 的激光雷達在大規(guī)模量產(chǎn)情況下（訂單超過百萬），其售價可降至500美金。而不久后，這家公司又表示，已經(jīng)成功設計出可應用于自動駕駛汽車上的全新固態(tài)技術激光雷達。在提供優(yōu)質(zhì)可靠的 3D 成像同時，當大規(guī)模投產(chǎn)后能夠讓產(chǎn)品單價降至 50 美元以下。這樣一來或許可以為無人駕駛的開發(fā)提供更多的選擇。
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