隨著技術發展，如今的汽車智慧化程度越來越高，配備的傳感器也越來越多，特別是與輔助駕駛相關的汽車雷達。為了適配不同的使用場景和功能需求，汽車雷達也分為很多型別，並且各具優缺點。雖然汽車雷達已經幾乎成為了汽車的標準配置，日常使用頻率也很高，但是它們具體都是怎麽工作的，相互之間又有哪些不同？接下來我們就基於技術原理並結合實際套用場景，帶大家全方位了解一下汽車雷達。
01 丨 什麽是汽車雷達
概念及分類
雷達（Radar），源於radio detection and ranging的縮寫，意為「無線電探測和測距」，即采用無線電的方法發現目標並測定其空間位置。簡單來說，雷達的工作原理就是發射電磁波對目標進行照射並接收回波，基於這個過程獲取相應的目標資訊。汽車雷達，顧名思義，就是符合車規級要求，套用於汽車或其他地面機動車輛的雷達系統。基於不同的技術路線，汽車雷達主要分為超音波、公釐波雷達、紅外雷達和雷射雷達，每一個型別都有各自擅長的套用場景。
發展歷史
1917年，法國物理學家萊昂·瓦拉赫首次提出使用超音波進行測距的概念，而汽車雷達早期的商業化探索是由博世和大陸集團主導，2000年左右正式推出第一代汽車雷達傳感器。在最初的實際套用階段，公釐波雷達未能成為主流，其背後的原因有很多，最主要的還是技術限制。相比之下，超音波雷達的制造成本更低，因此超音波雷達在很長一段時間都是汽車雷達的代名詞，主要被用於測距，也就是常見的駐車雷達。早期的駐車雷達一般都放置在車尾，能夠警示位於後方視野盲區內的潛在危險。隨著技術成熟以及硬體成本下降，駐車雷達數量開始逐漸增加，大量分布於車身前後以及兩側，監測範圍更廣。除了傳統的超音波雷達，精度更高、測距更遠的公釐波雷達近年來發展勢頭相當迅猛，由此還拓展出了更多的功能。
20世紀70年代，人們開始嘗試基於公釐波技術進行汽車雷達的研發，但是由於當時的技術限制，因此這個過程並不順利。直到90年代，得益於微電子技術的發展使雷達小型化成為可能，這才為汽車雷達技術奠定了硬體基礎。三菱和奔馳算是最早的兩個「先行者」，分別在1995年和1999年嘗試性地推出搭載雷達的量產車輛。值得一提的是，奔馳的這套系統名為「Distronic」，其本質就是自適應巡航控制系統，搭載遠端公釐波雷達，並非是短距離的超音波測距雷達。
事實上，智慧汽車的發展直接推動了車載公釐波雷達進入到大眾的主流視野。2015年，特斯拉Model S量產車正式交付，Autopilot系統傳感器的套用再次引爆汽車市場智慧駕駛乃至無人駕駛的產業布局。全車采用1+12+1傳感器，憑借著出色的駕駛補助熱量力，有效強化了公釐波雷達在汽車領域的作用。
雖然汽車雷達已經能夠實作豐富的輔助功能，但是隨著人們對於高階自動駕駛的不懈追求，傳統的超音波雷達和公釐波雷達也開始顯得捉襟見肘。相比之下，雷射雷達可以準確感知周邊環境的三維資訊，探測精度更是達到厘米級別。然而，雷射雷達的缺點也很明顯，那就是貴！早期的機械式雷射雷達動輒幾十萬甚至上百萬，不僅價格昂貴，而且感應器尺寸也比較大，無法套用於汽車領域。
有趣的是，依靠音響起家的Velodyne品牌最早洞察行業發展，轉型成為專業的雷射雷達制造商，並成功推出了知名的64線雷射雷達產品。2010年，開始布局無人駕駛汽車的谷歌選用的就是Velodyne雷射雷達，也算是成功為其打了一波廣告。後來，隨著無人駕駛汽車配備雷射雷達的市場前景被行業看好，越來越多的科技巨頭紛紛投身車載雷射雷達的研發工作。如今，法雷奧、禾賽科技、華為、大疆覽沃、圖達通等都已成為車載雷射雷達的頭部企業。基於此，車載雷射雷達的硬體成本也開始大幅降低。
02 丨 不同型別雷達的工作原理及優缺點
超音波雷達
超音波雷達是一種利用超音波探測目標的傳感器，透過超音波發射裝置向外發出超音波，再利用接收器接收反射回來的超音波時間差來測算距離。在車載傳感器中，超音波雷達是目前最常見的品種之一，在短距離測量中，超音波測距傳感器具有非常大的優勢。
目前，常用的探頭工作頻率有40kHz, 48kHz和58kHz三種。一般來說，頻率越高，其靈敏度也就越高，但是水平與垂直方向的探測角度卻會隨著頻率越高而越小，因此駐車雷達一般都采用40kHz的探頭。超音波雷達價格便宜，防水、防塵效果好，即使有少量泥沙遮擋也不會影響測距，而且短距離探測精度較高。不過缺點也顯而易見，那就是探測距離相對較近，適用範圍較窄。
公釐波雷達
公釐波雷達是一種利用公釐波頻段電磁波探測目標的傳感器，相比之下，公釐波具有較高的頻率和較短的波長。公釐波雷達訊號傳輸速度比超音波更快、更精確。由於傳統的24GHz窄帶公釐波雷達存在一定的局限性，因此目前主流的公釐波雷達傳感技術正朝著76-81GHz頻段、調頻連續波（FMCW）和波束成形天線的方向快速發展。
3D公釐波雷達無法辨識靜止物體，同時也缺乏高度資訊，技術相對落後。4D公釐波雷達的全稱是「4D公釐波成像雷達」，可以理解為是3D公釐波雷達的升級版。其增加了俯仰角度測量的能力，能夠對目標進行高維度數據解析，可以實作更豐富的資訊感知。相較於超音波雷達，公釐波雷達的天線更小，功率也更低。此外，公釐波雷達還具備廣視角、高分辨、探測距離遠、能探測靜物等優勢。不過，由於公釐波雷達無法準確判斷障礙物立體輪廓以及物體顏色，因此一般需要與網路攝影機搭配使用。
雷射雷達
雷射並不像紅外線、紫外線等是某一波段的光的總稱，而是有著精確單一顏色和單一波長的光。相較由多種顏色、波長混合的自然光，雷射有著亮度高、能量大、方向性好的特點。由於生產波長為1550nm的雷射雷達需要使用昂貴的砷化鎵材料，因此受制於成本因素，用矽材料制造接近可見光波長的905nm雷射雷達是目前行業的主流。
在所有雷達中，雷射雷達的傳播速度最快，並且其還具備探測精度高、穩定性強、辨識障礙物立體輪廓準確等特點。只可惜，雷射雷達受天氣環境影響較大，並且對於顏色和圖案的辨識能力也很弱。由於雷射雷達獲取的原始數據量極大，需要進行復雜的數據處理才能生成實際使用的資訊，這就導致雷射雷達的體型比較大，而且功耗也很高。此外，雷射雷達的制造工藝和組裝難度相較超音波和公釐波雷達都要更高，這些因素直接影響了其大規模生產和部署能力。
紅外雷達
紅外雷達是指工作在紅外波段的光雷達，紅外雷達傳感器主要是輔助提高駕駛者對前方障礙物的感知能力，即車載夜視系統。根據工作原理的不同，紅外雷達傳感器分為主動式和被動式。其中，主動式紅外雷達配有紅外光發射源和接收裝置，可以在夜間低照明環境下發現較遠的路面障礙物；被動式紅外雷達則僅依靠一套紅外接收裝置，透過對外界物體反射的紅外訊號源進行解析。雖然結構相對簡單，但是在辨識精度和距離方面卻明顯不及主動式紅外雷達。
紅外雷達傳感器在昏暗環境中具備較大優勢，不過依賴紅外訊號的特性也使得它在白天光線充足時，會受到紅外光源的影響，並不具備全天候工作能力。此外，紅外雷達傳感器的有效探測距離也相對較近，這就導致其使用場景相對單一。雖然能夠提高駕駛者對前方障礙物的感知能力，但是隨著輔助駕駛技術的發展，紅外雷達已經逐步被淘汰，越來越少見了。
03 丨 汽車雷達的使用受哪些因素影響？
受制於物理特性的影響，汽車雷達的使用基本都會受到外界環境的影響，包括光線、天氣、溫濕度等，不同種類的雷達受影響程度也會有所區別。一般來說，雨雪天氣的影響最為明顯，超音波雷達的測量距離會因為雨滴、雪花的反射而產生誤差；此外，公釐波雷達和雷射雷達在雨雪霧等潮濕環境下，也容易出現效能衰減的情況。
另外，由於不同物體材料的聲波反射特性不同，也會對測量結果產生影響。對於超音波雷達而言，金屬表面的反射能力強，而棉質、木材表面的反射能力就相對較弱。公釐波雷達更甚，由於公釐波難以穿透金屬，因此在高金屬物體前它就無法正確測量。雷射雷達和紅外雷達對於光線比較敏感，後者受到紅外光源的影響極大，因此只能在夜晚使用。如果目標反射率較低，例如黑色車身或是深色地面，都會導致反射訊號弱化，進而影響到雷射雷達的檢測範圍和精度。此外，相同顏色但材質不同的目標，亦或是透明的玻璃或塑膠材質，也都會因為反射率不同而影響檢測準確性。
04 丨 汽車雷達的套用
實際套用方面，從常規的泊車輔助到高階的智慧駕駛，都離不開汽車雷達。由於超音波雷達、公釐波雷達和雷射雷達在套用場景、工作原理及特點等方面存在一定的區別，所以選擇哪種雷達需要充分考慮套用場景和預算限制。
超音波雷達主要用於泊車雷達傳感器，目前已經成為非常普及的一種汽車雷達。超音波雷達根據用途不同又分為UPA和APA，前者是常規的障礙物探測傳感器，通常布置在前/後保險杠上，也就是駐車雷達。後者則主要用於自動泊車以及並線輔助等功能，一般布置於車身兩側。
目前，車用公釐波雷達主要以76-81GHz規格為主，其發射的電磁波長在4mm左右，用於中長距離的測距和探測。在公釐波雷達的幫助下，汽車可以實作有限度的「自動駕駛」功能，例如自適應巡航、車道保持輔助以及自動剎車等。
雷射雷達能夠進一步提高車輛對周圍事物的感知能力，與前文提到的公釐波雷達相比，其在探測速度和精度方面的表現都更為出色，並且雷射雷達還可以清晰的勾勒出周圍景物的詳細輪廓。目前，無人駕駛汽車基本都需要依靠雷射雷達，甚至有觀點認為雷射雷達是實作自動駕駛的必備技術之一。
總結 丨
作為汽車感知周圍環境的重要硬體基礎，汽車雷達不僅能夠實作很多實用功能，而且在自動駕駛的發展道路上，其也扮演著重要角色。不同種類的雷達各具優缺點，基於不同的特性，搭配使用能夠形成很好的互補效果。從簡單的泊車輔助再到實作自動駕駛必不可少的硬體配置，汽車雷達近年來的發展速度非常快。未來，隨著自動駕駛技術的普及和消費者對汽車安全效能要求的提高，汽車雷達市場勢必將進一步擴大，推動行業持續發展。
推 薦 閱 讀
點選「閱讀原文」，了解更多汽車資訊！
