如何準(zhǔn)確分辨出毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)之間的區(qū)別

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對(duì)于毫米波，想必大家早有所耳聞。此外，對(duì)于 5G 毫米波、毫米波雷達(dá)等關(guān)鍵詞，大家同樣耳熟能詳。但是，大家能準(zhǔn)確區(qū)分毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)二者間的區(qū)別嗎？如果你不了解，可以從本篇毫米波雷達(dá)相關(guān)文章中找到答案哦。

一、什么是激光雷達(dá)

激光雷達(dá)，是以發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)。其工作原理是向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)(激光束)，然后將接收到的從目標(biāo)反射回來的信號(hào)(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，作適當(dāng)處理后，就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息，如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)，從而對(duì)飛機(jī)、導(dǎo)彈等目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、跟蹤和識(shí)別。它由激光發(fā)射機(jī)、光學(xué)接收機(jī)、轉(zhuǎn)臺(tái)和信息處理系統(tǒng)等組成，激光器將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去，光接收機(jī)再把從目標(biāo)反射回來的光脈沖還原成電脈沖，送到顯示器。

二、激光雷達(dá)構(gòu)成原理

LIDAR 是一種集激光，全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)三種技術(shù)與一身的系統(tǒng)，用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的 DEM。這三種技術(shù)的結(jié)合，可以高度準(zhǔn)確地定位激光束打在物體上的光斑。它又分為目前日臻成熟的用于獲得地面數(shù)字高程模型(DEM)的地形 LIDAR 系統(tǒng)和已經(jīng)成熟應(yīng)用的用于獲得水下 DEM 的水文 LIDAR 系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)的共同特點(diǎn)都是利用激光進(jìn)行探測(cè)和測(cè)量，這也正是 LIDAR 一詞的英文原譯，即：LIght DetecTIon And Ranging - LIDAR。

激光本身具有非常精確的測(cè)距能力，其測(cè)距精度可達(dá)幾個(gè)厘米，而 LIDAR 系統(tǒng)的精確度除了激光本身因素，還取決于激光、GPS 及慣性測(cè)量單元(IMU)三者同步等內(nèi)在因素。隨著商用 GPS 及 IMU 的發(fā)展，通過 LIDAR 從移動(dòng)平臺(tái)上(如在飛機(jī)上)獲得高精度的數(shù)據(jù)已經(jīng)成為可能并被廣泛應(yīng)用。

LIDAR 系統(tǒng)包括一個(gè)單束窄帶激光器和一個(gè)接收系統(tǒng)。激光器產(chǎn)生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來，最終被接收器所接收。接收器準(zhǔn)確地測(cè)量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時(shí)間。因?yàn)楣饷}沖以光速傳播，所以接收器總會(huì)在下一個(gè)脈沖發(fā)出之前收到前一個(gè)被反射回的脈沖。鑒于光速是已知的，傳播時(shí)間即可被轉(zhuǎn)換為對(duì)距離的測(cè)量。結(jié)合激光器的高度，激光掃描角度，從 GPS 得到的激光器的位置和從 INS 得到的激光發(fā)射方向，就可以準(zhǔn)確地計(jì)算出每一個(gè)地面光斑的坐標(biāo) X，Y，Z。激光束發(fā)射的頻率可以從每秒幾個(gè)脈沖到每秒幾萬個(gè)脈沖。舉例而言，一個(gè)頻率為每秒一萬次脈沖的系統(tǒng)，接收器將會(huì)在一分鐘內(nèi)記錄六十萬個(gè)點(diǎn)。一般而言，LIDAR 系統(tǒng)的地面光斑間距在 2-4m 不等。

激光雷達(dá)的工作原理與雷達(dá)非常相近，以激光作為信號(hào)源，由激光器發(fā)射出的脈沖激光，打到地面的樹木、道路、橋梁和建筑物上，引起散射，一部分光波會(huì)反射到激光雷達(dá)的接收器上，根據(jù)激光測(cè)距原理計(jì)算，就得到從激光雷達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的距離，脈沖激光不斷地掃描目標(biāo)物，就可以得到目標(biāo)物上全部目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，用此數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理后，就可得到精確的三維立體圖像。

激光雷達(dá)最基本的工作原理與無線電雷達(dá)沒有區(qū)別，即由雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)信號(hào)，經(jīng)目標(biāo)反射后被接收系統(tǒng)收集，通過測(cè)量反射光的運(yùn)行時(shí)間而確定目標(biāo)的距離。至于目標(biāo)的徑向速度，可以由反射光的多普勒頻移來確定，也可以測(cè)量兩個(gè)或多個(gè)距離，并計(jì)算其變化率而求得速度，這是、也是直接探測(cè)型雷達(dá)的基本工作原理。

三、激光雷達(dá)特點(diǎn)

精度高，穩(wěn)定性強(qiáng)。

但是激光雷達(dá)通過發(fā)射光束進(jìn)行探測(cè)因此探測(cè)范圍窄，光束受遮擋后就無法正常使用，因此在雨雪霧霾天，沙塵暴等惡劣天氣不能開啟，受環(huán)境影響大。并且沒有穿透能力，探頭必須完全外露才能達(dá)到探測(cè)效果，對(duì)于安裝車輛來說影響車輛外形美觀。因此，激光雷達(dá)防撞器在使用過程中局限性較大。

四、什么是毫米波雷達(dá)

首先我們要明白啥是毫米波，毫米波實(shí)質(zhì)上就是電磁波。毫米波的頻段比較特殊，其頻率高于無線電，低于可見光和紅外線，頻率大致范圍是 10GHz—200GHz。這是一個(gè)非常適合車載領(lǐng)域的頻段。目前，比較常見的車載領(lǐng)域的毫米波雷達(dá)頻段有三類。

1、24—24.25GHz 這，目前大量應(yīng)用于汽車的盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、變道輔助。雷達(dá)安裝在車輛的后保險(xiǎn)杠內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)車輛后方兩側(cè)的車道是否有車、可否進(jìn)行變道。這個(gè)頻段也有其缺點(diǎn)，首先是頻率比較低，另外就是帶寬(Bandwidth)比較窄，只有 250MHz。

2、77GHz，這個(gè)頻段的頻率比較高，國際上允許的帶寬高達(dá) 800MHz。據(jù)介紹，這個(gè)頻段的雷達(dá)性能要好于 24GHz 的雷達(dá)，所以主要用來裝配在車輛的前保險(xiǎn)杠上，探測(cè)與前車的距離以及前車的速度，實(shí)現(xiàn)的主要是緊急制動(dòng)、自動(dòng)跟車等主動(dòng)安全領(lǐng)域的功能。

3、79GHz—81GHz，這個(gè)頻段最大的特點(diǎn)就是其帶寬非常寬，要比 77GHz 的高出 3 倍以上，這也使其具備非常高的分辨率，可以達(dá)到 5cm。

原理：振蕩器會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻率隨時(shí)間逐漸增加的信號(hào)，這個(gè)信號(hào)遇到障礙物之后，會(huì)反彈回來，其時(shí)延是 2 倍距離 / 光速。返回來的波形和發(fā)出的波形之間有個(gè)頻率差，這個(gè)頻率差和時(shí)延是呈線性關(guān)系的：物體越遠(yuǎn)，返回的波收到的時(shí)間就越晚，那么它跟入射波的頻率差值就越大。

將這兩個(gè)頻率做一個(gè)減法，就可以得到二者頻率的差頻(差拍頻率)，通過判斷差拍頻率的高低就可以判斷障礙物的距離。

根據(jù)國內(nèi)產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)調(diào)查，國內(nèi) 2014 年汽車毫米波雷達(dá)銷量約為 120 萬顆，2015 年約為 180 萬顆。主要應(yīng)用為盲點(diǎn)檢測(cè)和后方車輛提醒的中短距雷達(dá)(24Ghz)，每車需要兩顆。

五、毫米波雷達(dá)特點(diǎn)

精準(zhǔn)度高，抗干擾能力強(qiáng) 探測(cè)距離遠(yuǎn) ，呈廣角探測(cè) ，探測(cè)范圍廣，作用時(shí)速可達(dá)到 120 碼以上，全天候工作，雨雪霧霾沙塵暴等惡劣天氣，均能開啟正常使用。穿透能力強(qiáng)，安裝也可以完全隱蔽，不影響車輛整體外觀。因此毫米波雷達(dá)技術(shù)更適用于汽車防撞領(lǐng)域。

六、激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)區(qū)別

簡單來說激光雷達(dá)主要是通過發(fā)射激光束來探測(cè)周遭環(huán)境，車載激光雷達(dá)普遍采用多個(gè)激光發(fā)射器和接收器，建立三維點(diǎn)云圖，從而達(dá)到實(shí)時(shí)環(huán)境感知的目的。

激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)在于其探測(cè)范圍更廣，探測(cè)精度更高。但是，激光雷達(dá)的缺點(diǎn)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。

技術(shù)上來講，目前傳統(tǒng)激光雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)很成熟，而固態(tài)激光雷達(dá)和混合固態(tài)激光雷達(dá)尚處于起步階段，因此各企業(yè)當(dāng)前在自動(dòng)駕駛汽車使用的激光雷達(dá)，多以機(jī)械式激光雷達(dá)為主。

而從整個(gè)激光雷達(dá)行業(yè)來看，高精度車載激光雷達(dá)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(dá)的企業(yè)，以及一些從其他領(lǐng)域轉(zhuǎn)行而來的激光雷達(dá)企業(yè)，因看中自動(dòng)駕駛汽車廣闊發(fā)展前景，紛紛投身車載激光雷達(dá)產(chǎn)品的研發(fā)，目前來看成果顯著。

所謂的毫米波雷達(dá)，就是指工作頻段在毫米波頻段的雷達(dá)，測(cè)距原理跟一般雷達(dá)一樣，也就是把無線電波(雷達(dá)波)發(fā)出去，然后接收回波，根據(jù)收發(fā)之間的時(shí)間差測(cè)得目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)。毫米波雷達(dá)就是這個(gè)無線電波的頻率是毫米波頻段。

毫米波雷達(dá)從上世紀(jì)起就已在高檔汽車中使用，技術(shù)相對(duì)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(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)，且其引導(dǎo)頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。此外，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，相比于激光雷達(dá)是一大優(yōu)勢(shì)。

毫米波雷達(dá)的缺點(diǎn)也十分直觀，探測(cè)距離受到頻段損耗的直接制約(想要探測(cè)的遠(yuǎn)，就必須使用高頻段雷達(dá))，也無法感知行人，并且對(duì)周邊所有障礙物無法進(jìn)行精準(zhǔn)的建模。

審核編輯 黃昊宇