传感器及ADAS技术相关

从构造和原理到应用，毫米波雷达为何还未被激光雷达取代？

https://www.ednchina.com/news/20170406MEMS.html

引子 2

首先要明确，这里要讲的雷达是发射电磁波的正经雷达，而不是发射机械波的倒车雷达。

构造 4

• 目前车载雷达中比较常见的是平面天线阵列雷达，因为相比其他实现方式，平面雷达没有旋转机械部件，从而能保证更小的体积和更低的成本。
• 外形图，探测范围，安装位置

原理 3.5

• 雷达主要测量目标的三个参数：位置、速度和方位角。下面简单说说这三个参数的测量原理。
• 位置：简单代数运算
• 速度：多普勒效应，相对速度（雷达和目标之间的）正比于回波频率的变化量 本车的速度如何获得 答案：读汽车VCU中的车速信息，做被跟踪物体前行方向速度分量的差值，比较接近0即认为静止。
• 雷达的调制简单来说就是为了实现雷达回波的识别和飞行时间的测量，需要在雷达发射的电磁波上加入标记和时间参考。
• 在车载雷达中主要使用幅值调制和频率调制两种方式。具体

应用实例 2.5

• 毫米波雷达最常见的三种用途是：
  ACC（自适应巡航）
  BSD&LCA（盲点监测和变道辅助）
  AEB（自动紧急制动，通常配合摄像头进行数据融合）

雷达的数据处理流程（详细）4.5

• 获取反射点信息：收到雷达回波并解调后，模拟信号做数字采样，滤波，FFT变化时域到频域。 why 特征提取-频域内的能力峰值。
• 对于很多高性能雷达来说，此时获得的多个反射点可能来自一个物体，例如一辆货车可能形成5-10个反射点。所以首先还要将很可能属于同一物体的反射点匹配到同一个反射点集群中。接下来通过跟踪各个反射点集群，形成对物体的分布的猜测。GMM 聚类算法？
• 在下一个测量循环中，卡尔曼滤波，基于上一次的物体分布，预测本测量循环中可能的物体分布。

雷达可不可以探测静态物体4.5

可以的，只是早期的雷达为了防止干扰，过滤掉了对静态物体的测量。

相比激光雷达优势 3

• 首先就是大家都知道的天气原因。激光的波长远小于毫米波雷达(nm vs mm)
• 毫米波 200米 激光雷达 150米
• 作为成熟产品，毫米波雷达目前的价格大概在1.5千左右，而激光雷达的价格目前仍然是以万作为单位计算的。

车载毫米波雷达——高阶自动驾驶的标配

https://zhuanlan.zhihu.com/p/30359941

毫米波雷达简介 4

雷达，是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，意思为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。

• 雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。
• 毫米波雷达，是工作在毫米波波段（millimeter wave ）的雷达，通常是指30～300GHz (波长为1～10mm) 频段。
• 毫米波的波长介于厘米波和光波之间，与红外、激光、电视等光学雷达相比，毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候、全天时的特点。

功能 3

• 在相关产业链上，毫米波雷达可以实现自适应巡航控制（Adaptive Cruise Control），前向防撞报警（Forward Collision Warning），盲点检测（Blind Spot Detection），辅助停车（Parking aid），辅助变道（Lane change assistant）等高级驾驶辅助系统（ADAS）功能。

车载雷达传感器功能及优缺点对比 2

车载毫米波雷达工作原理 2.5

产品分类 3

• 目前各个国家对车载毫米波雷达分配的频段各有不同，国内外主流汽车毫米波雷达频段为24GHz（用于短中距离雷达，15-30米）和77GHz（用于长距离雷达，100-200米）。
• 少数国家（如日本）采用60GHz频段。由于77G相对于24G的距离、精度等诸多优势，未来全球车载毫米波雷达的频段会趋同于77GHz频段（76-81GHz）。

奔驰S级、奥迪A8两款新车型均实现了L3级自动驾驶 2

• 当前L3级别的普及传感器方案是：长距离毫米波雷达+短距离毫米波雷达+摄像头。
• 未来L3以后的传感器优选方案是：激光雷达+长距离毫米波雷达+短距离毫米波雷达+摄像头。

产业上游 4

• 车载毫米波雷达系统主要包括天线、收发模块、信号处理模块组成，其中前端单片微波集成电路（MMIC）和雷达天线高频 PCB 板是毫米波雷达传感器上游的核心。
• 前端单片微波集成电路（MMIC）是毫米波雷达的关键部件，它包括多种功能电路，如低噪声放大器（LNA）、功率放大器、混频器、甚至收发系统等电路。
• 雷达天线高频PCB板：毫米波雷达天线的主流方案是微带阵列，即将高频PCB板集成在普通的PCB基板上实现天线的功能。需要在较小的集成空间中保持天线足够的信号强度。

产业中游 4

主要是24G雷达传感器和77G雷达传感器两种类型产品。

• 目前车载毫米波雷达产品集成关键技术主要被 Bosch、Continental、 Denso、 Autoliv 等零部件巨头垄断，
• 特别是 77GHz 产品技术只有 Bosch、Continental、Denso、Delphi 等少数几家公司掌握。

产业下游 4

AEB、ACC等系统智能驾驶解决方案系统商。

• 毫米波雷达通常和AEB、ACC系统一起供应，需要对底盘技术有很深理解，所以主要是博世、大陆、威伯科等国外公司垄断。
• 国内整车厂研发中心也有在研发相关产品，比如吉利旗下的福瑞泰克等。

车载毫米波雷达发展历程 4

车载毫米波雷达市场现状 4

• 全球车载毫米波雷达市场
• 国内市场
• 国内公司

毫米波雷达市场空间大，国内近两年涌现出多家相关公司。国内相关公司主要包括华华域汽车、湖南钠雷科技、厦门意行半导体、北京行易道科技、杭州智波科技、深圳卓泰达电子、芜湖森思泰克、沈阳承泰科技、南京隼眼等。但目前较为成熟的产品仅有湖南纳雷和厦门意行的24GHz中短距毫米波雷达，77GHz雷达处于样机阶段还未量产。

一文看懂车载毫米波雷达产业链

http://www.semiinsights.com/s/electronic_components/23/35624.shtml

• 对比上一篇文章，此篇研究对于产业的中上游研究更加细致入微。

自动驾驶汽车的传感器该如何布置？

http://www.sohu.com/a/240953964_560178

传感器综合简介 4

智能驾驶汽车传感器配置

传感器的布置原则

• 无人车传感器的布置，需要考虑到覆盖范围和冗余性。

覆盖范围 4

• 车体360度均需覆盖。
• 根据重要性，前方的探测距离要长（100m），后方的探测距离稍短（80m），左右侧的探测距离最短（20m）。
• 为了保证安全性，每块区域需要两个或两个以上的传感器覆盖，以便相互校验。
  
• 大部分传感器都是隐藏式安装（车前保、后保内），唯一的特例，三维激光安装在车顶上。

冗余度 4

• 谁都不希望把自己的生命交付给一个/种传感器，万一它突然失效了呢？

• 所谓的冗余度，也可以划分为硬件冗余，或软件冗余

• 再比如车道线检测。现阶段大量的对车道线的检测均是基于视觉(此处不讨论基于激光的传感器)，对它的冗余则遵循3选2，或少数服从多数的选择。通过多支算法来保证识别的正确性。

• 算法设计上用到Sensor Fusion，下图是CMU的多传感器融合的障碍物检测/跟踪框架
  

CMU的障碍物检测、跟踪框架 2

主要分为两层，

• Sensor Layer负责收集各个传感器测量，并将其抽象为公共的障碍物特征表示；聚类？雷达数据处理过程
• Fusion Layer接收障碍物特征表示，输出最终的障碍物结果（位置、速度、类别等）。
• point target 反射点信息？

毫米波和激光雷达安装位置 4

• 除了要保证覆盖和冗余度，当然在实际安装中，还要符合每个传感器和车辆的安装条件。比如把激光雷达放置在高处，增大了扫描的面积。
• 智能驾驶车辆的传感器中，以需要考虑因素较多的毫米波雷达布置为例进行介绍。

表面覆盖材料 4

毫米波雷达大多数情况都是隐藏布置，采用某些不合适的表面覆盖材料会屏蔽毫米波或引起波束畸变、驻波变差，使雷达失效或灵敏度降低。因此选用的覆盖物材料有如下要求。

• 优先选用 PC、PP、ABS、TPO 等电解质传导系数小的材料，这些材料中不能夹有金属和碳纤维
• 覆盖物的表面必须平滑且厚度均匀，不能出现料厚突变或结构复杂的情况，且厚度最好是雷达半波长的整数倍，以减少对雷达波的扭曲和衰减。
  

车载毫米波雷达的雷达罩示例

https://zhuanlan.zhihu.com/p/43278195

• 车载毫米波雷达系统的安装位置，最佳的就是在进气格栅、车标位置（Logo） 。
• 一般车标都是镀铬的，铬涂层影响雷达束的发射和接收，为此，需要一种稀有的金属铟，用它作为涂层，既不影响雷达束的正常工作，又能体现车标。
  
• 本文主要是讨论成本分析模型

无人驾驶技术入门（七）| 量产必备的毫米波雷达

https://zhuanlan.zhihu.com/p/34675392

• 下图为百度Apollo 2.0中所使用的毫米波雷达——Continental的ARS-408，它被安装在汽车保险杠的正中间，面向汽车的前进方向。
  

毫米波雷达的分类 2

• 频率在10GHz~200GHz的电磁波，由于其波长在毫米量级，因此处于该频率范围的电磁波也被工程师们称为毫米波。
• 应用在自动驾驶领域的毫米波雷达主要有3个频段，分别是24GHz，77GHz和79GHz。不同频段的毫米波雷达有着不同的性能和成本。

Audi A8的传感器布局为例 4

• 讲解不同频段毫米波雷达的功能。
  
  -24 GHz ：四个角，BSD，LCA
  -77 GHz：前正保险杠上，正对汽车行驶方向，160米以上，ACC AEB
  

根据公式：光速 = 波长 * 频率，频率更高的毫米波雷达，其波长越短。波长越短，意味着分辨率越高；而分辨率越高，意味着在距离、速度、角度上的测量精度更高。因此79GHz的毫米波雷达必然是未来的发展趋势。

毫米波雷达的数据

由于毫米波的测距和测速原理都是基于多普勒效应，因此与激光的笛卡尔（XYZ）坐标系不同，毫米波雷达的原始数据是基于**（距离+角度）极坐标系**。当然，两种坐标系可以根据三角函数相互转换。

德尔福的前向毫米波雷达ESR 4.5

该雷达每帧最多能够返回64个目标的数据，每个目标的数据组成 5

• 每个目标：已经确定好了障碍物个体。
• 径向速度？ 障碍物与自车的径向相对速度。由于多普勒效应的原理，雷达的测量中只能提供极坐标系下的径向速度，切向速度的测量置信度很低，因此雷达并不会提供障碍物的切向速度。
• track_width：障碍物的宽度。将原始的雷达数据点通过聚类后，会得到一个区域，该区域的范围即认为是障碍物的宽度。No高度?
  • 障碍物的宽度track_width这个信息准么？因为如果目标边界没有金属物体，就检测不到，那聚类的时候宽度信息损失挺多啊。答案：不准
• ID：一个障碍物的id在连续几帧中都是相同的。

实际开发的过程中，在自动驾驶领域应用毫米波雷达有一下三点挑战。

• 数据稳定性
• 对金属敏感
• 高度信息缺失

雷达测不了俯仰角？

• 雷达比较关心方位角，弱化俯仰角并不是俯仰角测不了，完全可以用数字波束形成技术进行角度信息估计，测角算法就有和差测角，比相测角，MUSIC超分辨估计等多种方法，车载雷达不用扫描？no,是可以用的，只不过运算量大了，发热也会上去，整个热散耗要重新设计，所以一般是这个由天线工程师做波束赋形，来降低扫描的运算量
• 毫米波雷达当然可以获取高度信息。原理上都可以的。ABCD现在在研的多数雷达要都增加了这一功能。之前之所以没有，是芯片通道数的限制而不是毫米波雷达自身的缺陷。

雷达自身车速的估计

• 后面提问有人问到运动平台雷达对自身速度的估计，回波中存在大量地杂波，地杂波的多普勒就是车速，所以谱估计就可以判断出自身速度，所以既可以用汽车自身车速计算，但是实际上不用也可以提取出来。

ABCD

目前国际上主流的毫米波雷达供应商有四家，分别是Autoliv（奥托立夫）、Bosch（博世）、Continental（大陆）、Delphi（德尔福），业界简称ABCD。各家的毫米波雷达的产品提供的功能大同小异，大部分功能都是通过障碍物的回波能量、距离、角度信息推算而来的。

呈鎬科技 24GHz 毫米波雷達 4-in-1 BSD / LCA / RCTA / DOW

https://www.youtube.com/watch?v=YYkrWsELiHg

• 呈鎬科技 構建自有研發團隊，結合⼀流晶片技術，擁有完整核⼼車用毫米波雷達技術與產品。
  推出結合盲區偵測/車道變換警示/倒車後方車流警示與開門警示四合⼀24GHz雷達模組。
• 视频包含 BSD LCA RCTA DOW 的功能动画演示及实际视频演示
  

ADAS-毫米波雷達天線知識 4.5

https://www.youtube.com/playlist?list=PLBajuRs0qsGxD_6ablwdPtpaGv9LoalQ3

深入毫米波技术细节-台湾

为升电装工业股份有限公司

https://www.youtube.com/watch?v=075rOYNLbaM

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