毫米波雷达与激光雷达的初探

毫米波雷达与激光雷达的初探

雷达

(Radio Detection and Range, Radar)是一种利用电磁波来对目标进行探测和定位的电子设备。实现距离测量、运动参数测量、搜索和发现目标、目标定位、目标特性参数分析等功能。

分类

电磁波按照从低频到高频的顺序,包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、伽马射线的电磁辐射。工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达(Laser Radar)。

毫米波

毫米波实质上就是电磁波,频率为30-300GHz(波长1-10mm)。毫米波雷达就是指工作频段在毫米波频段的雷达,测距原理跟一般雷达一样,也就是把无线电波(雷达波)发出去,然后接收回波,根据收发之间的时间差测得目标的位置数据。毫米波雷达就是这个无线电波的频率是毫米波频段。

优点:

探测性能稳定、作用距离较长、环境适用性好等特点。与超声波雷达相比,毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、摄像头等光学传感器相比,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。

主流: 24GHz和77GHz

  • 24GHz:能够实现的ADAS功能有盲点检测、变道辅助等,在自动驾驶系统中常用于感知车辆近处的障碍物,为换道决策提供感知信息。因为侦测距离不够远,因此大部分用来做盲区、障碍物的侦测
  • 性能良好,最大检测距离可以达到160米以上,因此常被安装在前保险杠上,正对汽车的行驶方向。长距离雷达能够用于实现紧急制动、高速公路跟车等ADAS功能,同时也能满足自动驾驶领域,对障碍物距离、速度和角度的测量需求。

国际规则:

2005-2013年,欧盟将24GHz、79GHz作为车载毫米波雷达的频谱,而美国使用24GHz、77GHz频带,日本选用了60-61GHz的频段。随着世界范围内76-77GHz毫米波雷达的广泛应用,日本也逐渐转入了79GHz毫米波雷达的开发中。各大国的车载雷达频段主要集中在在23-24GHz、60-61GHz和76-77GHz(79GHz)3个频段

2015年,日内瓦世界无线电通信大会将77.5-78.0GHz频段划分给无线电定位业务,以支持短距离高分辨率车载雷达的发展,从而使76-81GHz都可用于车载雷达,为全球车载毫米波雷达的频率统一指明了方向。

国内:

工业和信息化部于2012年发布了《关于发布24GHz频段短距离车载雷达设备使用频率的通知》(工信部无〔2012〕548 号),将24.25-26.65GHz频段规划用于短距离车载雷达业务的频率

激光雷达

激光雷达主要是通过发射激光束,来探测目标的位置、速度等特征量。车载激光雷达普遍采用多个激光发射器和接收器,建立三维点云图,从而达到实时环境感知的目的。从当前车载激光雷达来看,机械式的多线束激光雷达是主流方案。

优点:

激光雷达的优势在于其探测范围更广,探测精度更高

缺点:

在雨雪雾等极端天气下性能较差,采集的数据量过大,价格十分昂贵

百度和google 64位激光, 70万激光发射器线束的越多,每秒采集的云点就越多,探测性能也就更强。然而线束越多也就代表着激光雷达的造价就更加昂贵,64线束的激光雷达价格是16线束的10倍。

原理

由激光器产生并且发射一束激光脉冲或者是连 续的激光束,发射出去的激光脉冲和激光束在遇到物体后会产生一个回波信号, 接收器接收这个回波信号,然后准确的测量激光从发射到接收反射回波的传播时 间。由于激光是以光速在介质中传播,根据在介质中光速为已知的数据,可以计 算出物体与测量点之间的距离。当这样一条激光束以一定的角度绕中心点进行连 续的旋转测量,就会形成一定的扫描范围

毫米波雷达与激光雷达的初探

雷达

(Radio Detection and Range, Radar)是一种利用电磁波来对目标进行探测和定位的电子设备。实现距离测量、运动参数测量、搜索和发现目标、目标定位、目标特性参数分析等功能。

分类

电磁波按照从低频到高频的顺序,包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、伽马射线的电磁辐射。工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达(Laser Radar)。

毫米波

毫米波实质上就是电磁波,频率为30-300GHz(波长1-10mm)。毫米波雷达就是指工作频段在毫米波频段的雷达,测距原理跟一般雷达一样,也就是把无线电波(雷达波)发出去,然后接收回波,根据收发之间的时间差测得目标的位置数据。毫米波雷达就是这个无线电波的频率是毫米波频段。

优点:

探测性能稳定、作用距离较长、环境适用性好等特点。与超声波雷达相比,毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、摄像头等光学传感器相比,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。

主流: 24GHz和77GHz

  • 24GHz:能够实现的ADAS功能有盲点检测、变道辅助等,在自动驾驶系统中常用于感知车辆近处的障碍物,为换道决策提供感知信息。因为侦测距离不够远,因此大部分用来做盲区、障碍物的侦测
  • 性能良好,最大检测距离可以达到160米以上,因此常被安装在前保险杠上,正对汽车的行驶方向。长距离雷达能够用于实现紧急制动、高速公路跟车等ADAS功能,同时也能满足自动驾驶领域,对障碍物距离、速度和角度的测量需求。

国际规则:

2005-2013年,欧盟将24GHz、79GHz作为车载毫米波雷达的频谱,而美国使用24GHz、77GHz频带,日本选用了60-61GHz的频段。随着世界范围内76-77GHz毫米波雷达的广泛应用,日本也逐渐转入了79GHz毫米波雷达的开发中。各大国的车载雷达频段主要集中在在23-24GHz、60-61GHz和76-77GHz(79GHz)3个频段

2015年,日内瓦世界无线电通信大会将77.5-78.0GHz频段划分给无线电定位业务,以支持短距离高分辨率车载雷达的发展,从而使76-81GHz都可用于车载雷达,为全球车载毫米波雷达的频率统一指明了方向。

国内:

工业和信息化部于2012年发布了《关于发布24GHz频段短距离车载雷达设备使用频率的通知》(工信部无〔2012〕548 号),将24.25-26.65GHz频段规划用于短距离车载雷达业务的频率

激光雷达

激光雷达主要是通过发射激光束,来探测目标的位置、速度等特征量。车载激光雷达普遍采用多个激光发射器和接收器,建立三维点云图,从而达到实时环境感知的目的。从当前车载激光雷达来看,机械式的多线束激光雷达是主流方案。

优点:

激光雷达的优势在于其探测范围更广,探测精度更高

缺点:

在雨雪雾等极端天气下性能较差,采集的数据量过大,价格十分昂贵

百度和google 64位激光, 70万激光发射器线束的越多,每秒采集的云点就越多,探测性能也就更强。然而线束越多也就代表着激光雷达的造价就更加昂贵,64线束的激光雷达价格是16线束的10倍。

原理

由激光器产生并且发射一束激光脉冲或者是连 续的激光束,发射出去的激光脉冲和激光束在遇到物体后会产生一个回波信号, 接收器接收这个回波信号,然后准确的测量激光从发射到接收反射回波的传播时 间。由于激光是以光速在介质中传播,根据在介质中光速为已知的数据,可以计 算出物体与测量点之间的距离。当这样一条激光束以一定的角度绕中心点进行连 续的旋转测量,就会形成一定的扫描范围

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