隨著科技的不斷發(fā)展以及相關(guān)政策的不斷推出，自動(dòng)駕駛汽車得到了快速的發(fā)展及強(qiáng)有力的保障。但是自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展始終離不開(kāi)一個(gè)重要的目標(biāo)，那就是保障自身的安全。

隨著科技的不斷發(fā)展以及相關(guān)政策的不斷推出，自動(dòng)駕駛汽車得到了快速的發(fā)展及強(qiáng)有力的保障。但是自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展始終離不開(kāi)一個(gè)重要的目標(biāo)，那就是保障自身的安全。

為了確保自動(dòng)駕駛汽車的安全，即意味著自動(dòng)駕駛汽車在行駛過(guò)程中不會(huì)撞到任何人或物，所以在汽車行駛過(guò)程中需要知道其周邊物體和車輛本身之間的距離。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要提前測(cè)量車輛前方障礙物與車輛之間的距離，從而保證自動(dòng)駕駛汽車的安全性。

現(xiàn)自動(dòng)駕駛汽車距離估計(jì)的方法有多種，它們必須遵循以下原則：

①該方法具有準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；

②基于不同的硬件和軟件解決方案；

③使用不同工作原理的傳感器；

④在做研究時(shí)，先驗(yàn)假設(shè)要盡可能的少。

自動(dòng)駕駛汽車實(shí)現(xiàn)距離估計(jì)的主要方法是使用傳感器（如攝像頭、雷達(dá)等）對(duì)車輛周邊物體進(jìn)行距離檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)距離估計(jì)的目的。其方法有如下幾種：

1．基于毫米波雷達(dá)的距離估計(jì)毫米波雷達(dá)在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，最早開(kāi)始應(yīng)用于自適應(yīng)巡航領(lǐng)域。在英飛凌推出24GHZ單片雷達(dá)方案之后，毫米波雷達(dá)被應(yīng)用到了ADAS的各個(gè)模塊中，在全球范圍內(nèi)，毫米波雷達(dá)的出貨量達(dá)到了千萬(wàn)級(jí)。在自動(dòng)駕駛汽車的距離估計(jì)中都使用了毫米波雷達(dá)作為傳感器，來(lái)進(jìn)行周邊障礙物的識(shí)別和測(cè)距等工作。

如今，全球市場(chǎng)范圍內(nèi)的毫米波雷達(dá)份額主要被國(guó)外第一梯隊(duì)的供應(yīng)商壟斷，如博世、大陸等，而隨著國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的發(fā)展，像國(guó)內(nèi)的華域汽車這樣的供應(yīng)商也都在布局發(fā)力毫米波雷達(dá)。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2018年國(guó)內(nèi)毫米波雷達(dá)的市場(chǎng)規(guī)模約為70億，比2017年增長(zhǎng)了一倍，而到今年2020年預(yù)計(jì)約為240億，到2025年預(yù)計(jì)約為320億。

毫米波雷達(dá)，即工作在毫米波波段探測(cè)的雷達(dá)，其實(shí)質(zhì)是電磁波，波長(zhǎng)約為1－10mm，毫米波雷達(dá)通過(guò)將毫米波發(fā)射出去，然后接受回波，根據(jù)發(fā)射和接收的時(shí)間差來(lái)測(cè)得前方障礙物的位置和距離�；�于毫米波雷達(dá)的距離估計(jì)方法，主要以FMCW調(diào)制方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量距離，其原理圖如下所示：

其原理是通過(guò)振蕩器來(lái)形成連續(xù)變化的信號(hào)，對(duì)于發(fā)出的信號(hào)和接收的信號(hào)，它們之間會(huì)形成頻率差，而該頻率差值與毫米波的發(fā)射時(shí)間和接收時(shí)間的差值之間呈線性相關(guān)，只需要測(cè)量頻率差，就可以實(shí)現(xiàn)車輛與前方物體距離的測(cè)量估計(jì)。

毫米波雷達(dá)在ADAS上應(yīng)用廣泛，主要用于自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）、前方碰撞預(yù)警（FCW）、主動(dòng)車道控制（ALC）、盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)（BSD）、變道輔助（LCA）等，其具有一定的抗干擾能力，易于穿透雨雪天氣，適應(yīng)性較好，可以全天候工作，技術(shù)相對(duì)成熟，成本較低等優(yōu)勢(shì)。但是也具有分辨率低等不足。毫米波雷達(dá)已經(jīng)成為了自動(dòng)駕駛汽車距離估計(jì)中不可或缺的主力傳感器。

2． 基于激光雷達(dá)的距離估計(jì)隨著自動(dòng)駕駛汽車的不斷演進(jìn)，激光雷達(dá)由于其獨(dú)特的3D環(huán)境建模，已經(jīng)成為L(zhǎng)3及以上自動(dòng)駕駛汽車中必不可少的傳感器。從機(jī)械式到混合固態(tài)，再到純固態(tài)激光雷達(dá)，激光雷達(dá)的成本隨著科技的發(fā)展在不斷的降低，正在向小型化、ASIC集成化方向發(fā)展，將是自動(dòng)駕駛傳感器最核心的部分。激光雷達(dá)的類別如下圖所示：

目前自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試車輛多數(shù)為機(jī)械式激光雷達(dá)，但是機(jī)械式激光雷達(dá)的成本高、且生產(chǎn)工藝復(fù)雜，壽命短，很難滿足未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車苛刻的要求�；旌瞎虘B(tài)激光雷達(dá)屬于激光雷達(dá)由機(jī)械式向純固態(tài)激光雷達(dá)過(guò)渡的中間產(chǎn)品，而固態(tài)激光雷達(dá)主要為MEMS、OPA和3D Flash三類，其調(diào)試可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、且不存在機(jī)械式旋轉(zhuǎn)部件，在成本、實(shí)用性方面有大幅提升，固態(tài)激光雷達(dá)必將是未來(lái)激光雷達(dá)發(fā)展的趨勢(shì)。

基于激光雷達(dá)的自動(dòng)駕駛汽車距離估計(jì)，其原理是是以激光作為載波，它是工作在光頻波段的雷達(dá)。其工作原理是向被測(cè)物體發(fā)射激光束，然后將接收到的回波與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，作適當(dāng)處理后，獲得被測(cè)物體的有關(guān)信息，如被測(cè)物體的距離、方位等信息。

上圖所示激光雷達(dá)為利用反射信號(hào)的折返時(shí)間計(jì)算距離，也有的激光雷達(dá)通過(guò)連續(xù)波調(diào)頻（CWFM）的方法來(lái)進(jìn)行距離估計(jì)。

激光雷達(dá)主要用于獲取景深信息、障礙物檢測(cè)、目標(biāo)識(shí)別等，其主要優(yōu)點(diǎn)是可以多周邊物體進(jìn)行3D建模，來(lái)形成高清圖像，方便計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理和識(shí)別，還兼具方向性好、無(wú)電磁干擾、獲取信息量全面以及探測(cè)精確等優(yōu)點(diǎn)，但是容易受環(huán)境影響、不良天氣下精度下降難以識(shí)別障礙物、且成本較高。

3．基于攝像頭的距離估計(jì)在自動(dòng)駕駛汽車距離估計(jì)中，攝像頭起著至關(guān)重要的作用，被稱為自動(dòng)駕駛的眼睛。攝像頭技術(shù)最為成熟，在車輛上的應(yīng)用最早，作為ADAS階段主要的視覺(jué)傳感器，包括單目攝像頭、雙目攝像頭等。

攝像頭具有獨(dú)特的視覺(jué)影像功能，可以利用多個(gè)攝像頭來(lái)對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行合成，還可以識(shí)別交通標(biāo)志、行人等，可以作為其他傳感器的冗余設(shè)備，提高自動(dòng)駕駛汽車距離估計(jì)的準(zhǔn)確性和安全性。攝像頭主要由鏡頭采集圖像，然后再由內(nèi)部感光部件等將圖像處理為數(shù)字信號(hào)，從而達(dá)到感知周邊物體和行人的目的。它主要包括兩種測(cè)量方法。 

① 利用已知大小的物體進(jìn)行距離估計(jì)通過(guò)已知的攝像頭的大小和焦距，可以計(jì)算出物體之間的距離。

根據(jù)上圖，已知y ，f，再根據(jù)相似三角形定理即可測(cè)出前方車輛的寬度和與攝像頭之間的距離，從而達(dá)到利用攝像頭測(cè)量前方車輛距離的目的。 ② 利用地平面進(jìn)行距離估計(jì)將攝像頭固定在車輛上，利用地平面進(jìn)行距離估計(jì)。

已知攝像頭的高度H 以及f ，路面的幾何形狀，便可以利用相似三角形定理測(cè)出物體之間的距離z。

攝像機(jī)由于其探測(cè)角度廣、獲取信息豐富、角度測(cè)量精確等優(yōu)勢(shì)廣泛用于車輛及周邊物體的距離估計(jì)、障礙物識(shí)別、車道線識(shí)別與跟蹤、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。但是其由于計(jì)算量大，對(duì)硬件的要求也高，導(dǎo)致系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性較差，容易受環(huán)境、氣候等方面的影響，從而導(dǎo)致無(wú)法獲得深度信息。

4． 基于超聲波傳感器的距離估計(jì)自動(dòng)駕駛汽車距離估計(jì)是使用傳感器來(lái)進(jìn)行測(cè)距和目標(biāo)識(shí)別，超聲波傳感器作為車輛的主要傳感器之一也得到了發(fā)展。超聲波傳感器主要應(yīng)用于近距離的障礙物檢測(cè)。

超聲波傳感器的工作原理是基于聲波的傳播方法，遵循同樣的飛行時(shí)間的原則。并且其非常簡(jiǎn)單、便宜，體積小、重量輕、功耗低，可以工作在不同的條件下，環(huán)境適應(yīng)性好。但是由于聲速慢，導(dǎo)致FSP速率有限，僅適用于近距離工作，最遠(yuǎn)距離15米，其可靠性會(huì)隨著車輛速度的增加而降低。

5．基于紅外傳感器的距離估計(jì)紅外傳感器作為車載傳感器之一，在自動(dòng)駕駛汽車距離估計(jì)也起到了一定的作用，它方面主要用于紅外成像、紅外夜視、障礙物探測(cè)等。

紅外傳感器主要具有快速數(shù)據(jù)處理、能夠較為準(zhǔn)確的識(shí)別到生物的優(yōu)點(diǎn)，并且相比于其他傳感器成本較低。但是其也具有方向性差、徑向運(yùn)動(dòng)辨別力低、作用距離短等缺點(diǎn)。

6．多傳感器融合發(fā)展的距離估計(jì)目前各個(gè)傳感器都各自有其優(yōu)缺點(diǎn)，隨著自動(dòng)駕駛進(jìn)程的提速，單一傳感器無(wú)法勝任自動(dòng)駕駛技術(shù)對(duì)距離估計(jì)的嚴(yán)格要求，多傳感器的融合發(fā)展必將成為未來(lái)車載傳感器的發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)階段各大廠商也都在積極布局，以最合理的方案來(lái)適應(yīng)自動(dòng)駕駛的潮流。

激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、超聲波雷達(dá)等傳感器的融合使用，可以充分結(jié)合各自的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)揮各自的特長(zhǎng)，達(dá)到最優(yōu)的效果。以最近較熱的特斯拉為例，其L2

Autopilot2．0方案中就搭載了超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等傳感器，主要應(yīng)用于高速公路和更擁堵的路面，可以根據(jù)交通情況調(diào)整車速，保持在車道內(nèi)行駛，自動(dòng)變換車道，從一條高速公路切換到另一條高速公路。又如知名豪車奧迪發(fā)布的A8 AI ，更是搭載了多種傳感器，包括四線激光雷達(dá)1個(gè)，超聲波雷達(dá)12個(gè)，廣角360度攝像頭4個(gè)，前向攝像頭1個(gè)，紅外夜視攝像頭1個(gè)和長(zhǎng)、中距離毫米波雷達(dá)共5個(gè)，可見(jiàn)其綜合了多種傳感器的優(yōu)勢(shì)，極大的提升了該車自動(dòng)駕駛的性能。

綜上，隨著自動(dòng)駕駛汽車的迅速發(fā)展，ADAS在量產(chǎn)車市場(chǎng)的快速滲透，由于自動(dòng)駕駛距離估計(jì)主要依靠車載傳感器，故車載傳感器市場(chǎng)的未來(lái)前景可觀。不同的傳感器的側(cè)重功能有所不同，各有優(yōu)點(diǎn)但也兼具不足。在自動(dòng)駕駛汽車上同時(shí)搭載多種傳感器，結(jié)合各自優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行互補(bǔ)，必將成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。而自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)行距離估計(jì)也離不開(kāi)多傳感器的融合發(fā)展。所以，未來(lái)自動(dòng)駕駛汽車多傳感器融合發(fā)展將是大勢(shì)所趨，自動(dòng)駕駛汽車的距離估計(jì)將會(huì)更加精確，車輛的安全性能將會(huì)得到更進(jìn)一步的提升。

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