聽倦了毫米波雷達?那你知曉毫米波雷達、雷射雷達的區別嗎?

2020-01-09     21IC中國電子網

對於毫米波,想必大家早有所耳聞。此外,對於5G毫米波、毫米波雷達等關鍵詞,大家同樣耳熟能詳。但是,大家能準確區分毫米波雷達、雷射雷達二者間的區別嗎?如果你不了解,可以從本篇毫米波雷達相關文章中找到答案哦。

一、什麼是雷射雷達

雷射雷達,是以發射雷射束探測目標的位置、速度等特徵量的雷達系統。其工作原理是向目標發射探測信號(雷射束),然後將接收到的從目標反射回來的信號(目標回波)與發射信號進行比較,作適當處理後,就可獲得目標的有關信息,如目標距離、方位、高度、速度、姿態、甚至形狀等參數,從而對飛機、飛彈等目標進行探測、跟蹤和識別。它由雷射發射機、光學接收機、轉台和信息處理系統等組成,雷射器將電脈衝變成光脈衝發射出去,光接收機再把從目標反射回來的光脈衝還原成電脈衝,送到顯示器。

二、雷射雷達構成原理

LIDAR是一種集雷射,全球定位系統(GPS)和慣性導航系統(INS)三種技術與一身的系統,用於獲得數據並生成精確的DEM。這三種技術的結合,可以高度準確地定位雷射束打在物體上的光斑。它又分為目前日臻成熟的用於獲得地面數字高程模型(DEM)的地形LIDAR系統和已經成熟應用的用於獲得水下DEM的水文LIDAR系統,這兩種系統的共同特點都是利用雷射進行探測和測量,這也正是LIDAR一詞的英文原譯,即:LIght DetecTIon And Ranging - LIDAR。

雷射本身具有非常精確的測距能力,其測距精度可達幾個厘米,而LIDAR系統的精確度除了雷射本身因素,還取決於雷射、GPS及慣性測量單元(IMU)三者同步等內在因素。隨著商用GPS及IMU的發展,通過LIDAR從移動平台上(如在飛機上)獲得高精度的數據已經成為可能並被廣泛應用。

LIDAR系統包括一個單束窄帶雷射器和一個接收系統。雷射器產生並發射一束光脈衝,打在物體上並反射回來,最終被接收器所接收。接收器準確地測量光脈衝從發射到被反射回的傳播時間。因為光脈衝以光速傳播,所以接收器總會在下一個脈衝發出之前收到前一個被反射回的脈衝。鑒於光速是已知的,傳播時間即可被轉換為對距離的測量。結合雷射器的高度,雷射掃描角度,從GPS得到的雷射器的位置和從INS得到的雷射發射方向,就可以準確地計算出每一個地面光斑的坐標X,Y,Z。雷射束髮射的頻率可以從每秒幾個脈衝到每秒幾萬個脈衝。舉例而言,一個頻率為每秒一萬次脈衝的系統,接收器將會在一分鐘內記錄六十萬個點。一般而言,LIDAR系統的地面光斑間距在2-4m不等。

雷射雷達的工作原理與雷達非常相近,以雷射作為信號源,由雷射器發射出的脈衝雷射,打到地面的樹木、道路、橋樑和建築物上,引起散射,一部分光波會反射到雷射雷達的接收器上,根據雷射測距原理計算,就得到從雷射雷達到目標點的距離,脈衝雷射不斷地掃描目標物,就可以得到目標物上全部目標點的數據,用此數據進行成像處理後,就可得到精確的三維立體圖像。

雷射雷達最基本的工作原理與無線電雷達沒有區別,即由雷達發射系統發送一個信號,經目標反射後被接收系統收集,通過測量反射光的運行時間而確定目標的距離。至於目標的徑向速度,可以由反射光的都卜勒頻移來確定,也可以測量兩個或多個距離,並計算其變化率而求得速度,這是、也是直接探測型雷達的基本工作原理。

三、雷射雷達特點

精度高,穩定性強。

但是雷射雷達通過發射光束進行探測因此探測範圍窄,光束受遮擋後就無法正常使用,因此在雨雪霧霾天,沙塵暴等惡劣天氣不能開啟,受環境影響大。並且沒有穿透能力,探頭必須完全外露才能達到探測效果,對於安裝車輛來說影響車輛外形美觀。因此,雷射雷達防撞器在使用過程中局限性較大。

四、什麼是毫米波雷達

首先我們要明白啥是毫米波,毫米波實質上就是電磁波。毫米波的頻段比較特殊,其頻率高於無線電,低於可見光和紅外線,頻率大致範圍是10GHz—200GHz。這是一個非常適合車載領域的頻段。目前,比較常見的車載領域的毫米波雷達頻段有三類。

1、24—24.25GHz這,目前大量應用於汽車的盲點監測、變道輔助。雷達安裝在車輛的後保險槓內,用於監測車輛後方兩側的車道是否有車、可否進行變道。這個頻段也有其缺點,首先是頻率比較低,另外就是帶寬(Bandwidth)比較窄,只有250MHz。

2、77GHz,這個頻段的頻率比較高,國際上允許的帶寬高達800MHz。據介紹,這個頻段的雷達性能要好於24GHz的雷達,所以主要用來裝配在車輛的前保險槓上,探測與前車的距離以及前車的速度,實現的主要是緊急制動、自動跟車等主動安全領域的功能。

3、79GHz—81GHz,這個頻段最大的特點就是其帶寬非常寬,要比77GHz的高出3倍以上,這也使其具備非常高的解析度,可以達到5cm。

原理:振蕩器會產生一個頻率隨時間逐漸增加的信號,這個信號遇到障礙物之後,會反彈回來,其時延是2倍距離/光速。返回來的波形和發出的波形之間有個頻率差,這個頻率差和時延是呈線性關係的:物體越遠,返回的波收到的時間就越晚,那麼它跟入射波的頻率差值就越大。

將這兩個頻率做一個減法,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。

根據國內產業機構調查,國內2014年汽車毫米波雷達銷量約為120萬顆,2015年約為180萬顆。主要應用為盲點檢測和後方車輛提醒的中短距雷達(24Ghz),每車需要兩顆。

五、毫米波雷達特點

精準度高,抗干擾能力強 探測距離遠 ,呈廣角探測 ,探測範圍廣,作用時速可達到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,安裝也可以完全隱蔽,不影響車輛整體外觀。因此毫米波雷達技術更適用於汽車防撞領域。

六、雷射雷達和毫米波雷達區別

簡單來說雷射雷達主要是通過發射雷射束來探測周遭環境,車載雷射雷達普遍採用多個雷射發射器和接收器,建立三維點雲圖,從而達到實時環境感知的目的。

雷射雷達的優勢在於其探測範圍更廣,探測精度更高。但是,雷射雷達的缺點也很明顯:在雨雪霧等極端天氣下性能較差;採集的數據量過大;十分昂貴。

技術上來講,目前傳統雷射雷達技術已經很成熟,而固態雷射雷達和混合固態雷射雷達尚處於起步階段,因此各企業當前在自動駕駛汽車使用的雷射雷達,多以機械式雷射雷達為主。

而從整個雷射雷達行業來看,高精度車載雷射雷達產品生產商主要集中在國外,如美國的Velodyne、Quanegy,德國的IBEO,國內近幾年也開始出現一些專注於車載雷射雷達的企業,以及一些從其他領域轉行而來的雷射雷達企業,因看中自動駕駛汽車廣闊發展前景,紛紛投身車載雷射雷達產品的研發,目前來看成果顯著。

所謂的毫米波雷達,就是指工作頻段在毫米波頻段的雷達,測距原理跟一般雷達一樣,也就是把無線電波(雷達波)發出去,然後接收回波,根據收發之間的時間差測得目標的位置數據。毫米波雷達就是這個無線電波的頻率是毫米波頻段。

毫米波雷達從上世紀起就已在高檔汽車中使用,技術相對成熟。毫米波的波長介於厘米波和光波之間,因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優點,且其引導頭具有體積小、質量輕和空間解析度高的特點。此外,毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強,相比於雷射雷達是一大優勢。

毫米波雷達的缺點也十分直觀,探測距離受到頻段損耗的直接制約(想要探測的遠,就必須使用高頻段雷達),也無法感知行人,並且對周邊所有障礙物無法進行精準的建模。

文章來源: https://twgreatdaily.com/3aYXlG8BxtCz63RL2uaq.html