趣味解读毫米波雷达激光雷达 自动驾驶的“电子眼”

自动驾驶从概念化走向现实世界似乎非常迅速，对于自动驾驶的定义，简单来说就是对大量交通数据进行运算，最终得到最优的行车路线和速度，车辆实现无人干预的自动行驶。但是最关键的技术难点却在于获取数据，所以雷达变成了自动驾驶不可或缺的硬件。自动驾驶汽车通过雷达将复杂的交通数据全部捕获。目前来说汽车上常见的雷达有两种，分别是毫米波雷达和激光雷达。雷达是一个熟悉又陌生的词，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。所以，雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。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

首先大家要明白什么是毫米波，毫米波实质上就是电磁波。毫米波的频段比较特殊，其频率高于无线电，低于可见光和红外线，频率大致范围是10GHz—200GHz。这是一个非常适合车载领域的频段。当前，比较常见的车载领域的毫米波雷达频段有三类。

A、24GHz，这个频段目前大量应用于汽车的盲点监测、变道辅助。雷达安装在车辆的后保险杠内，用于监测车辆后方两侧的车道是否有车、可否进行变道。这个频段也有缺点，首先是频率比较低，另外就是带宽比较窄，只有250MHz。

B、77GHz，这个频段的频率比较高，国际上允许的带宽高达800MHz。这个频段的雷达性能要好于24GHz的雷达，所以主要用来装配在车辆的前保险杠上，探测与前车的距离以及前车的速度，实现的主要是紧急制动、自动跟车等主动安全领域的功能。

C、79GHz，这个频段最大的特点就是其带宽非常宽，要比77GHz的高出3倍以上，这也使其具备非常高的分辨率，可以达到125px。

雷达的振荡器会产生一个频率随时间逐渐增加的信号，这个信号遇到障碍物之后，会反 *** 回来，其时延是2倍距离/光速。返回来的波形和发出的波形之间有个频率差，这个频率差和时延是呈线性关系的：物体越远，返回的波收到的时间就越晚，那么它跟入射波的频率差值就越大。将这两个频率做一个减法就可得到二者频率的差频，通过判断差拍频率的高低就可以判断障碍物的距离。

精准度高，抗干扰能力强，则探测距离远 。呈广角探测 ，探测范围广，作用时速可达到120码以上，全天候工作，雨雪雾霾沙尘暴等恶劣天气均能开启正常使用。穿透能力强，安装也可完全隐蔽，不影响车辆整体外观，所以毫米波雷达技术更适用于汽车防撞领域。

激光雷达

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测激光信号，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后就可获得目标的有关信息：如目标距离、方位、高度、速度、姿态、形状等参数，从而对飞机、导 *** 等目标进行探测、跟踪和识别。整套系统由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。

激光雷达的工作原理与雷达相近，以激光作为信号源，由激光器发射出的脉冲激光，打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物上，引起散射，一部分光波会反射到激光雷达的接收器上，根据激光测距原理计算，就得到从激光雷达到目标点的距离，脉冲激光不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据，用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体图像。

激光雷达最基本的工作原理与无线电雷达没什么区别，由雷达发射系统发送一个信号经目标反射后被接收系统收集，通过测量反射光的运行时间而确定目标的距离。至于目标的径向速度，可由反射光的多普勒频移来确定，也可测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速度，这也是直接探测型雷达的基本工作原理。

虽然精度高稳定性强，但激光雷达通过发射光束进行探测，所以探测范围窄，光束受遮挡后就无法正常使用，因此在雨雪雾霾天，沙尘暴等恶劣天气不能开启受环境影响很大，没有穿透能力。探头必须完全外露才能达到探测效果，对于安装车辆来说影响车辆外形美观。

总结毫米波雷达和激光雷达之区别

毫米波雷达从上世纪起就已在高档汽车中使用，技术相对成熟。毫米波的波长介于厘米波和光波之间，因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点，且其引导头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，相比于激光雷达是大优势。毫米波雷达的缺点也十分直观，探测距离受到频段损耗的直接制约，想要探测的远就必须使用高频段雷达，也无法感知行人且对周边所有障碍物无法进行精准的建模。

激光雷达主要是通过发射激光束来探测周围的环境，车载激光雷达普遍采用多个激光发射器和接收器，建立三维点云图达到实时环境感知的目的。目前传统激光雷达技术已经很成熟，而固态激光雷达和混合固态激光雷达尚处于起步阶段，因此各企业当前在自动驾驶汽车使用的激光雷达多以机械式激光雷达为主。激光雷达的优势在于其探测范围更广，探测精度更高。但是缺点也很明显：在雨雪雾等极端天气下性能较差、采集的数据量过大、成本太高。

二者虽然自身都有着不同的优缺点，单独工作也很难完成自动驾驶任务，所以目前的自动驾驶车辆都是用两者结合，既可以弥补对方的缺点，还能节约成本。

本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

太平洋汽车网汽车毫米波雷达的作用：利用毫米波雷达可以做到让车辆自适应巡航及跟随前车，当汽车与周围的物体可能有碰撞发生时，通过警告提醒装置告知驾驶员或车辆采取自动紧急制动避免碰撞，当碰撞不可避免时，通过对刹车、头靠、安全带等进行控制，减轻因碰撞而带来的危害。

雷锋网按：本文作者郑菲，汽车主动安全测试工程师。本文由雷锋网独家发布。

一、引子首先要明确，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。

二战军迷和历史研究者大概对雷达技术的渊源了如指掌：第一台实用雷达就是用于探测试图半夜从空中越过英吉利海峡的德农——坐着飘在天上的金属壳的德农。之后雷达既在太平洋夜战中碾压过岛国训练有素的战列舰观察兵的光荣时刻，也有过在贝卡谷地被犹太人的反辐射导 *** 炸成渣渣的惨痛历史。

雷达从战争机器转职交通行业的初期伴随着无数车主的血泪——雷达测速。而现在雷达成为了车主摆脱油门的助手——自适应巡航的主传感器，以及并线的保护神——盲点监测和并线辅助用传感器，还偶尔扮演避免追尾事故的最后一道防线——自动紧急制动用传感器。

二、构造和原理目前车载雷达的频率主要分为24GHz频段和77GHz频段，其中77GHz频段代表着未来的趋势：这是国际电信联盟专门划分给车用雷达的频段。严格来说77GHz的雷达才属于毫米波雷达，但是实际上24GHz的雷达也被称为毫米波雷达。

在工程实践中，雷达天线具体实现的方法有很多种。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。下面以目前常见的平板天线雷达为例，介绍车载雷达的构造和原理。

先对车载雷达有个直观地认识：Figure1Figure2天线阵列（如下图）：Figure3其中从上至下分别是10条发射天线TX1，然后是2条发射天线TX2，最后是4条接收天线RX1至RX4。

两组发射天线分别负责探测近处和远处的目标，其覆盖范围如下图所示：Figure4这里因为近处的视角（FOV）比较大，大概有90度，所以需要更多天线，而远处的视角小，大概只有20度，所以两根天线就够了。

雷达装在车上如下图所示：Figure5雷达通过天线发射和接收电磁波，所发射的电磁波并非各向均匀的球面波，而是以具有指向性的波束的形式发出，且在各个方向上具有不同的强度，如下图所示：Figure6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。

位置和速度这两个参数的测量原理在小学科普课本里就讲了：雷达波由发射天线发出、被目标反射后，由接收天线接收雷达回波。通过计算雷达波的飞行时间，乘以光速再除以2就可以得到雷达和目标之间的距离。

而根据多普勒效应，通过计算返回接收天线的雷达波的频率变化就可以得到目标相对于雷达的运动速度，简单地说就是相对速度正比于频率变化量。

（图/文/摄：太平洋汽车网问答叫兽）

汽车毫米波雷达的作用是能探测到车辆前方的道路状况。

通过毫米波雷达判断与前车距离和速度差来保持安全车距，当与前车距离过近时，车辆会通过减速来保持安全距离。利用毫米波雷达和前置摄像头实时监测前方车辆，判断车辆与前车的距离、方位、速度，如果监测到与前车有碰撞尺哗握危险，系统会发出警报以提醒驾驶员。

通过毫米波雷达探测车辆相邻两侧车道及后方，以获取相邻车道及后方车辆的信息，让驾驶员掌握最佳的变道时机。利用毫米波雷达，监测车辆与前车（或障碍物）的距离，当与汽车（障碍物）距离小于安全值，且驾驶员来不及反应的情况下，车辆会自动刹车，以保证驾驶安全。

车顶装的东西的作用：

以蔚来ET7为例，其车顶的东西是激光雷达。该激光雷达拥有超远的探测距离，让车辆不管在任何情况下陵庆都能轻松应对，我们都知道车速越快，需要刹车的距离就越长，而ET7上的激光雷达就能帮助我们更早的发现情况，进行制动，避免事故发生。

此外，该激光雷达具有定睛凝视的功能，1500nm的激光波长能够拥有很好的人眼安全性，能更精准的识别出更远处更小的障碍物。

汽车自适应巡航是波长介于1-10mm的毫米波雷达，毫米波雷达是自动驾驶汽车上另外一种常见的传感器。毫米波雷达的工作原理是利用高频电路产生特定调制频率（FMCW）的电磁波，并通过天线发送电磁波和接收从目标发射回来的电磁波，通过发送和接收电磁波的参数来计算目标的各个参数。
毫米波雷达的工作原理是利用高频电路产生特定调制频率（FMCW）的电磁波，并通过天线发送电磁波和接收从目标发射回来的电磁波，通过发送和接收电磁波的参数来计算目标的各个参数。

毫米波雷达可以同时对多个目标进行测距、测速以及方位测量。

其中距离分辨率可达01m，测速是根据多普勒效应，而方位测量（包括水平角度和垂直角度）是通过天线的阵列方式来实现。

雷达网络的构成原理所示的雷达网络由四个等距离分布在安全杠上的近距离毫米波雷达传感器（Neardistancesensor，NDS）构成，每个雷达传感器均采用FMCW体制。该传感器网络可在35米的范围内实现水平方位角为120°的覆盖面。这种近距离、大覆盖面的雷达传感器网络可以在车速不高，路面状况比较复杂的情况下（例如市内交通），监控汽车前向较大范围内的目标。

（图/文/摄： 问答叫兽） 蔚来ES8 蔚来ES6 问界M5 蔚来EC6 小鹏汽车P7 传祺GS8 @2019

近日，工信部发布《关于汽车雷达无线电管理暂行规定的通知》。指出本条例所称汽车雷达，是指作为机动车一部分，在出厂前完成机动车装载和功能、安全测试，为机动车智能驾驶提供辅助手段的无线电定位服务移动电台。本规定自2022年3月1日起施行。

《条例》重新规划了76-79千兆赫频段，用于汽车雷达。主要使用场景包括自适应巡航控制、防撞、盲点检测、变道辅助、停车辅助、后方车辆预警、行人检测等。此外，在76-79GHz频段设置和使用汽车雷达，无需申请无线电台执照，但应符合法律法规和国家道路交通安全、市场监督管理等行政管理部门对汽车性能、安全驾驶、产品质量等方面的国家标准要求。，并符合国家关于电磁环境辐射限值的规定。

此外，符合原规定并已投入使用的2425-2665GHz频段车载雷达设备，以及我部2021年第52号公告实施前已投入使用的76-77GHz频段车载测距雷达设备，原则上可以使用至报废。

同时，工信部还发布了《汽车雷达无线电管理暂行规定》解读，详细解释了什么是汽车雷达、制定《条例》的背景、无线电管理政策的历史等细节，以便更好地推动《条例》的实施。相关内容的解释全文如下:

1什么是汽车雷达？汽车雷达的作用是什么？

本规定所称汽车雷达，是指安装在汽车上的一种毫米波雷达，是机动车的一部分，在机动车出厂前已完成装载、功能性和安全性测试，为机动车智能驾驶提供辅助手段。汽车雷达主要用于自适应巡航控制、防碰撞、盲点检测、变道辅助、停车辅助、后方车辆预警、行人检测等。具有在雨雪等恶劣天气条件下稳定探测目标的优点。

二、制定《条例》的背景？

随着新一轮科技革命和产业转型的深入，汽车的电动化、网络化、智能化等技术不断加速，先进驾驶辅助系统的性能不断提升并得到广泛应用。汽车雷达作为不可或缺的传感器之一，是实现机动车和自行车智能化的重要手段。射频是汽车雷达非常依赖的关键资源。为了规范和指导车载雷达射频的使用，减少车载雷达与其他无线电业务或电台之间的有害干扰，迫切需要完善相关管理规定。首先，自动驾驶技术的快速发展对汽车雷达在分辨率、探测精度和可靠性等方面提出了更高的要求。现有的24GHz和77GHz频段的频率规划已经不能满足汽车雷达的技术发展需求，急需规划更大带宽的使用频率。二是2021年世界无线电通信大会做出相关决议，将汽车雷达中的76-81GHz频段划分为全球协调频段。三是2021年世界无线电通信大会将2425-275GHz频段划分为全球协调的5G毫米波频段，世界上一些国家已经逐步引导汽车雷达的频段向更高的77GHz频段移动。

三中国汽车雷达无线电管理政策的历史演变？

2021年，原信息产业部发布《微功率近程无线电设备技术要求》，其中24-2425GHz频段拟用于H类通用设备，可用于汽车雷达，76-77GHz频段拟用于车载测距雷达。2021年，工信部发布《关于24GHz频段近程车载雷达设备使用频率的通知》，2425-2665GHz频段拟用于汽车雷达。使用上述频段的汽车雷达按微功率近程无线电发射设备进行管理，无需申请频率使用、台站设置和使用许可，但需取得无线电发射设备型号认可。2021年，为贯彻落实新修订的《 中华 人民共和国无线电管理条例》，工信部发布第52号公告，调整了微功率近程无线电发射设备目录和技术要求，将H类通用设备保留在24-2425GHz频段。同时，76-77GHz频段从目录中删除，该频段的车载测距雷达不再作为微功率近程无线电发射设备使用。

四制定《条例》的依据和过程？

《条例》根据《中华人民共和国无线电管理条例》、《中华人民共和国无线电频率划分条例》等法律法规，参照《国际电信联盟无线电条例》等有关规定，充分考虑汽车雷达与其他无线电业务或系统之间的频率兼容和共享，结合行业现状和技术发展趋势，制定本条例。

制定工作于2021年启动，主要开展了以下工作:一是组织专题调研。梳理国内外相关政策，调研汽车雷达技术和产业发展趋势，开展频谱需求和电磁兼容性分析研究，组织现场测试验证。二是广泛征求意见。公开征求意见，多次组织汽车雷达制造企业、汽车制造企业、行业协会、科研机构座谈会，认真研究处理反馈意见。三是专家咨询论证。组织专家论证会，根据专家意见完善《条例》。

动词 《条例》的主要内容？

该条例由一个文本和三个附件组成。主要内容如下:

首先定义了汽车雷达的频率和主要使用场景，定义了发射功率和功率谱密度限值、一般杂散发射限值、特殊频段保护限值、接收机阻塞特性等射频技术要求。，并强调76-79GHz频段不能用于其他类型的陆基雷达，也不能用于在飞空设备二是明确了汽车雷达中的无线电管理模式，即汽车雷达设置使用在76-79GHz频段，无需申请无线电台执照。但是，为国内销售和使用而生产和进口的汽车雷达设备应向国家无线电管理机构申请无线电发射设备的型式批准。再次，明确了汽车雷达对使用和干扰协调的要求，即不得对在同一频段或相邻频段合法开展的固定、移动、卫星固定、业余、射电天文等无线电业务或无线电台造成有害干扰，不同射电天文台址与汽车雷达的干扰防护距离规定见附件2。

6如何减少和避免汽车雷达与无线电观测站之间以及汽车雷达之间的有害无线电干扰？

一是《条例》文本中明确规定，装载汽车雷达的车辆不得驶入我国相关无线电观测站干扰防护距离以内的区域，相关省、自治区、直辖市无线电管理机构应当会同地方政府有关部门划定地方无线电观测站电磁环境保护区。二是明确汽车雷达与汽车厂商的相关责任，包括避免干扰的措施，在产品说明书中注明汽车雷达的功能局限性，制定必要的安全 *** 作指南等措施，从而提高汽车雷达自身的抗干扰能力，减少或防止同频段汽车雷达之间可能发生的有害干扰。三是附件3提出了汽车雷达的干扰规避指南，详细说明了可能存在的干扰风险、干扰规避措施和用户使用说明。

七、《条例》与原管理规定如何衔接？

考虑到国内产业基础和应用情况，根据工信部2021年第52号公告，24-2425GHz频段的窄带汽车雷达仍可使用。对于76-77GHz频段的车载测距雷达设备，若满足《微功率近程无线电设备技术要求》要求，且在2021年工信部52号公告实施前已投入使用，原则上可使用至报废。对于2425-2665GHz频段的汽车雷达，如果符合《关于24GHz频段近程车载雷达设备使用频率的通知》的要求，如果已经投入使用，原则上可以一直使用到报废。同时需要注意的是，自2022年3月1日《条例》正式实施后，2425-2665GHz频段将不再受理和审批。 @2019

超声波雷达和毫米波雷达的区别：
1、应用场景不同，超声波雷达主要应用于泊车辅助、以及盲区碰撞预警。主要安装前后保险杠上作为倒车雷达，以及车身侧身测距。而毫米波雷达主要应用于自适应巡航、自动刹车辅助系统等。安装在汽车正前方、车辆后保险杠内、前保险杠内等位置。
2、制造成本差异大，激光雷达的价格一般500-1000美元，而最新的4D成像毫米波雷达价格仅为其10-20%，而超声波雷达的价格是最低的。
超声波雷达的优势在于短距离测量，超声波雷达受天气情况影响大、传播速度不稳定，且传播速度慢，车辆高速行驶上跟不上变化。不同温度情况下，测量的距离也不同，在测量较远距离的目标时，其回波信号会比较弱，无法精确描述障碍物的位置。
毫米波雷达的优势是测距离较远和速度识别，抗干扰能力强。这是因为毫米波雷达波束窄、角分辨力高、频带宽、隐蔽性好，与红外、激光设备相比较，具有对烟、尘、雨、雾良好的穿透传播特性，不受恶劣天气的影响，抗环境变化能力强。

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