自動駕駛汽車開發(fā)中，激光雷達理應是不能少的器件。但是車規(guī)的激光雷達，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，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，離上市還遠得很。好在國內(nèi)激光雷達生產(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，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、對激光雷達的認識

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

有一個指針，在屏幕上做360度的旋轉，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，看不見飛機的時候，用雷達，可以看到飛機的行蹤。自動駕駛汽車開發(fā)中，要用到雷達，是近幾年的事情。汽車為什么要用雷達？其功能是什么？如何用雷達？尤其是自動駕駛汽車開發(fā)的相關工程師，都想了解和學習。

一、雷達工作原理、功能、分類

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

（1）工作原理

①雷達設備的發(fā)射機，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雷達天線接收此反射波，送至接收設備進行處理，提取有關該物體的某些特征信息(如：目標物體至雷達的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等)。

具體應用：

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)此就能換算成目標的精確距離；

②測量目標方位，是利用天線的尖銳方位波束測量技術，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高度；

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

（2）雷達基本功能

雷達基本功能，相似人的眼睛和耳朵。物理學告訴大家，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。中學物理學知識告訴人們，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）雷達的種類繁多，分類方法也非常復雜

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

②按照角跟蹤方式分類，有單脈沖雷達、圓錐掃描雷達和隱蔽圓錐掃描雷達等。

③按照目標測量的參數(shù)分類，有測高雷達、二坐標雷達、三坐標雷達等；

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

⑤按照天線掃描方式分類分類，分為機械掃描雷達、相控陣雷達等；

⑥按雷達頻段分，可分為超視距雷達、微波雷達、毫米波雷達以及激光雷達等。

二、自動駕駛汽車開發(fā)中雷達選用原則

自動駕駛汽車開發(fā)中，必須要用到雷達（見圖3），不用多說了；或者說，沒有雷達技術的支持，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？

1）必須選用車規(guī)級雷達

雷達產(chǎn)品分類十分復雜，從自動駕駛汽車開發(fā)的出發(fā)點來說，一般是按雷達頻段分，可分為超視距雷達、微波雷達、毫米波雷達以及激光雷達等。但是從產(chǎn)品質(zhì)量來說，這些雷達必須是車規(guī)級的。通俗地理解，雷達要符合汽車車用標準的，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。

①原理：

超聲波雷達，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

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板是毫米波雷達的硬件核心。

②優(yōu)勢：

毫米波兼有微波制導和光電制導的優(yōu)點。近些年，隨著毫米波雷達技術水平的提升和成本的下降，毫米波雷達（見圖4）開始應用于汽車領域。

③實例：

④圖例：

（3）L4級別以上自動駕駛車輛激光雷達

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，距離分辨率可達0.1m；速度分辨率能達到10m/s以內(nèi)；

c）自然界中，能對激光雷達起干擾作用的信號源不多，抗有源干擾能力強。

③實例：

激光雷達，因其在測距測速、三維建模等領域的優(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，可實現(xiàn)車輛前向間距預警、車輛雙側間距預警、車輛轉向盲區(qū)預警、車輛車道偏離預警等功能。

3）不同車輛幾何尺寸不同，要與雷達幾何大小配合好

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

②二維激光雷達,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，實時三維空間建模，一般安裝在車頂；

激光雷達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，再結合GPS地圖計算出車輛的位置。

4）雷達有一定幾何尺寸及性能指標，要認真了解和驗證

①國產(chǎn)的16 通道激光雷達跨阻放大器 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激光雷達必須要廠家軟件支持。目前國產(chǎn)品牌激光雷達，配有相應軟件，培訓和服務基本到位。

③性價比比較高的國產(chǎn)激光雷達

圖11 國產(chǎn)激光雷達參數(shù)

32 線激光雷達能夠對周圍環(huán)境進行三維掃描探測。此系列產(chǎn)品應用廣泛，可應用于汽車輔助駕駛(ADAS)、無人駕駛汽車。其特點是， 實時、360°、三維坐標和距離等，性價比優(yōu)異。

三、總結

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

2）沒有配有雷達的，一定是人工駕駛汽車；

3）配有超聲波雷達的，可以歸類輔助駕駛汽車了；

4）配有超聲波雷達、毫米波雷達的，可以歸類L3類自動駕駛汽車；

5）配有超聲波雷達、毫米波雷達的，激光雷達，可以歸類L3、L4

類自動駕駛汽車；

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