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1、车用雷达应用现状及进展贾明辉，刘丙晓，杨鸿伟，方亚果，易红星（郑州财经学院，智能工程学院，河南郑州450000）摘要：随着汽车智能化、网络化技术的发展，人们对汽车功能的需求日益增长，汽车从单一的交通运输工具身份逐步转变为集运输、娱乐、艺术、体育等多用途身份为一体的现代化智能装备，这就对汽车感知系统提出了更高的要求。为了实现汽车多样化的功能，保障行车安全，雷达被广泛地应用于汽车功能开发中C本文对汽车常用雷达进行分类介绍，通过对比分析总结不同雷达的使用场景，并对车用雷达技术最新发展进行总结，最后对车用雷达的发展趋势进行分析。关键词：车用雷达；行车安全；智能驾驶；主动刹车汽车无人驾驶技术与辅助驾驶技
2、术是当前汽车智能化技术发展的方向，目前真正意义上的无人驾驶技术还未成熟，多处于研发测试阶段，辅助驾驶技术的实现难度低于无人驾驶技术，在目前形势下有着更高的现实意义，且已在大部分中高端车型上广泛应用。辅助驾驶技术的不断成熟，也将促进无人驾驶技术的突破。随着辅助驾驶技术级别的不断提升，越来越多的雷达将应用在汽车上。目前车用雷达主要可分为超声波雷达、激光雷达和毫米波雷达，在特点及应用上各有不同。1车用雷达的特点及应用1.1 超声波雷达的特点及应用超声波雷达工作原理是通过发射装置发射超声波，然后通过接收装置接收反射而回的超声波，由此获取目标物至声波发射装置的距离、速度、高度及位置相关信息。超声波雷达的
3、成本较低，多处于千元以下的区间。工作过程中抗干扰性能强，外界雨水、尘土对结果精准度影响不大。由于超声波的传输速度远低于电磁波，故其测速功能较弱，在较高车速下无法对目标值进行精准测速，同时因其散射角较大的原因，导致其方向性较差，对远距离目标的测量结果精度不高C因而超声波雷达可用于低速识别障碍物，在汽车上多应用于实现倒车辅助以及自动泊车，常用工作频率为40kHz,48kHz和58kHz三种，车用雷达多选择40kHzo1.2 激光雷达的特点及应用激光雷达属于一种光学遥感设备，主要通过发射激光来完成对目标物体的探距和测距。其测距原理是根据激光发射与接收之间的时间差计算与目标物体之间的距离值。激光具有定
4、向发光、亮度极高、颜色纯、能量大等特性，最远可以对1000米外的目标物体进行测量。目前主流的激光雷达所发射的激光波长范围为905nm和1550nm,因其波长与其它雷达相比波长很小，所以激光雷达拥有更高的精度，采集数据密度更大，探测距离更远的特点。同时激光雷达所发射的激光无法绕过障碍物，因此在雨雾、风沙等恶劣天气的工作环境中会受到极大的干扰，影响其正常工作。激光雷达成本普遍偏高，因此在普通汽车上并未广泛使用，多应用于拥有智能驾驶系统或高级别辅助驾驶系统的车辆，如我国造车新势力小鹏汽车在已上市的小鹏P5车型上搭载了2颗激光雷达，提升了该车的的驾驶智能化程度。激光雷达与毫米波雷达或不同数目摄像头等组
5、合协同工作，可感知汽车行车环境，如周围汽车车速与位置、障碍物的距离等，为路径规划进行数据测量，同时提高汽车的行车安全性。图2激光雷达结构及工作原理1.3 毫米波雷达的特点及应用毫米波雷达的工作波长介于微波与厘米波之间，是在毫米波波段探测的一种雷达。目前汽车毫米波雷达频率分为24GHz,77GHZ及79GHZ三种频段。毫米波雷达分辨率高、运行稳定、具有较强的穿透性，可以穿透常见烟雾、粉尘及雨雪，并且有较好的抗干扰性能，但对于有一定厚度的障碍物的穿透能力较弱,如金属板件、树丛或覆盖在雷达表面的较厚物体。24GHz的毫米波雷达常用于短距离目标探测，而77GHz频段的长距离雷达不仅可用于短距离目标探测
6、，也可以用于长距离目标探测，其最大检测距离可以达到160米，因此常被安装在前保险杠上,例如大众公司将毫米波雷达装于汽车标志下,汽车标志选用特殊材质制作,而特斯拉汽车则组合摄像头对行车环境进行监测，可实现汽车紧急刹车、汽车自适应巡航等功能，同时可以配合其它车载雷达系统实现汽车无人驾驶功能。大X利能雳150祟后界NHI久大超利距450累1方就发像头大Ifi测距离80米誉达大X测期*160*图3特斯拉汽车传感器探测范围2车用雷达相关技术的最新进展在各研究机构及科研人员的共同努力下，车用雷达相关技术得到了飞速发展。在毫米波雷达方面，4D毫米波雷达技术逐渐被重视，该技术是在原有各数据的基础上，增添了对目
7、标物高度的分析，引入第四个维度，有助于环境地图的绘制及提升交通数据精确度，促进了L2级辅助驾驶别向L3级别自动驾驶的升级。2020年3月，谷歌旗下Waym。公司发布了第五代自动驾驶感知方案，将毫米波雷达升级为4D成像雷达，使得该类型雷达首次应用于汽车端。2021年华为对4D雷达投入研发，推出了高分辨率4D毫米波雷达，并计划于今年下半年量产，预计未来三年后将占全部前向毫米波雷达总量的40虬2022年5月，国产激光雷达供应商亮道智能正式面向中国市场发布自研纯固态Flash侧向激光雷达LDSenseSatellite,这是一款纯芯片化设计，兼具性能与成本优势的车规级激光雷达产品，主要用于侧向补盲，计
8、划在2023年下半年量产。在毫米波雷达发射前端关键技术上，郑立昊设计了24GHz双模式短距毫米波雷达收发芯片系统,通过该系统实现了FMCW和多普勒两种模式,并采用共源共栅结构设计了配套功率放大器，缓解了功耗问题。严煜铭设计了一款可用于汽车防撞雷达系统中对长距离目标进行探测的小尺寸、高增益透射天线，数据表明天线增益在大部分频率范围内均大于17.5dB,最大增益能够达到18.25dB。回席文海基于低成本的车载固态激光雷达，提出了一种动态目标状态检测方法，不仅能有效地筛选出运动目标，并能准确地获取目标位置和速度信息，检测效果与16线机械激光雷达或融合毫米波雷达的性能相当。纪者创新地提出了包括斜列车位
9、在内的三种车位的车位检测和路径规划算法，并证明了有效性与可行性。问2022年1月SABIC推出了新型雷达吸收PBT材料，可用于车用雷达传感器，通过改善传感器性能来增强汽车ADAS功能。3车用雷达未来发展趋势(1)高频段技术的应用根据光速公式可知频率与波长存在反比关系，毫米波雷达频率越高，则其波长越短，分辨率越高，使所测数据精度趋于更高。由于高频段的优点较为明显，车载毫米波雷达将更倾向于使用高频段C随着5G技术的发展和基站的大量建设，使得高频段的优势愈加突出，其中同于79GHZ技术特点相较于77GHZ频段技术，其处理速度得到极大提升，将是未来的发展趋势。(2)4D毫米波雷达技术的发展随着人们对高
10、级辅助驾驶功能及无人驾驶功能的需求日益强烈，为了能够尽快普及装车率，4D毫米波雷达技术将得到越来越多的重视，该技术在快速提升智能驾驶方面有显著的成效，将是毫米波雷达发展的主要方向之一。(3)激光雷达的低成本化车载雷达在汽车上的作用是不言而喻的,汽车所装在雷达的数量一定程度上反映了该车的智能化程度，也是行车安全性的重要保障。其中激光雷达以其强大的功能脱颖而出，在新一代的汽车主动刹车技术，L3以上级别自动驾驶技术中扮演了重要的角色。但其高昂的价格导致无法大面积地普及，严重阻碍了激光雷达的市场占有率。所以降低制造成本及售价是解决当前问题的重要途经。网(4)多种雷达的数据融合技术的研究现阶段主流汽车厂
11、商在车载雷达选用上，倾向于采用不同种类雷达组合的方案，部分厂商还好搭载多个摄像头作为辅助。将激光雷达与毫米波雷达、摄像头等进行数据融合，可以提升对行车环境测量数据的精准度，有利于高质量地实现辅助驾驶技术、自动驾驶技术和行车安全研究多种雷达的数据融合技术，可减少数据转换环节，降低错误数据概率，提升数据处理效率，使车载雷达组合完美配合工作。(5)目标识别信号技术的研究针对汽车所处不同场景研究目标识别信号的技术，改进信号处理算法，提高目标识别速度及准确度，将大大地提升雷达系统的可靠性，增加人们对智能驾驶技术的信任感，有利于加快智能驾驶技术的推广。4总结汽车安全技术及智能驾驶技术是国内外汽车技术及产业
12、的重要发展方向，随着雷达技术的不断突破，汽车智能化程度也将得到进一步的提升。在政策和市场的双擎牵引下，我国汽车驾驶自动化技术发展迅速，我国最新发布汽车驾驶自动化分级对汽车智能驾驶提供了政策引领，同时智能网联汽车技术路线图(2。版)中也指出至2025年我国配有智能驾驶L2和L3级新车要达到50%,到2030年要超过70%,且L4级所占比例达到20%。这些政策都会极大地促进汽车市场的发展，但同时也给我国汽车制造产业带来了更高的要求与挑战。参考文献房骥,杨渊,刘瑞婷,彭潇,刘晓勇.车载雷达应用及频率划分现状同数字通信世界2017(12):25-26.2蒙庆华林辉,王革,樊东鑫.激光雷达工作原理及发展
13、现状同现代制造技术与装备,2019(10):10.16107j.2019.1041.网严煜铭.用于汽车防撞雷达系统的毫米波天线研究D.西南交通大学1027414d2019001601.4陈炳欣L3级自动驾驶近了，4D毫米波雷达火了N,中国电子报,2022-05-10(008)DQ:10.28065n.2022.000522.5郑立昊.用于自动驾驶的毫米波雷达发射前端关键技术研究与设计D.华东师范大学,:10.27149d.2021.000605.严煜铭.用于汽车防撞雷达系统的毫米波天线研究D西南交通大学1027414d2019001601.7席文海,裴晓飞,过学迅,陈词.基于固态激光雷达的智能汽车目标检测算法J.武汉理工大学学报,2022,44(02):90-95.8纪者.基于超声波雷达的自动泊车系统研究D.北京交通大学,1026944d202L0006969钱伯章.SABIC推出新型雷达吸收PBT材料，用于汽车雷达传感器冉聚酯工业,2022,35(01):56.10郑正扬.基于三维激光雷达的智能汽车障碍物检测与跟踪D.江苏大学,2018.口1刘兆伦,周明,周延李琳,梁志辉.超声波雷达、毫米波雷达与激光雷达数据融合的研究以机械工程与自动化2021(02):17-18.
