自动驾驶感知系统

目录

感知传感系统介绍

定位技术介绍

自动驾驶感知传感系统

激光雷达原理

激光雷达类型

激光雷达测距原理

知名供应商介绍

毫米波雷达

超声波雷达工作原理

超声波雷达类型

常见自动驾驶传感器品牌及产品

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感知传感系统介绍

利用摄像头捕捉图像信息，如道路标志、交通信号、车辆、行人等，为自动驾驶系统提供决策依据。通过发射激光束并测量反射时间，计算周围物体的距离和位置，提供高精度信息和三维地图。

利用毫米波电磁波检测短距离障碍物，测量位置和速度，对自动驾驶系统提供关键感知信息。

利用超声波进行近距离感知，检测车辆周围近距离障碍物，如停车位上的车辆或行人，提供精确感知信息。

定位技术介绍

利用卫星信号提供车辆位置和速度信息，具有全球覆盖、高精度、高速度等优点。但在建筑物内部或隧道等区域可能受到信号干扰或阻挡，导致定位不准确。

仅靠系统本身就能对汽车进行连续的三维定位和三维定向。由于惯性导航系统这种能自主地、隐蔽地获取汽车完备运动信息的优势是诸如 GNSS等其他定位系统无法比拟的，所以惯性导航系统一直是自动驾驶中获取汽车位姿数据的重要手段。

地标定位技术是一种利用地标（如建筑物、标志物、地形等）来确定位置的技术。通过识别和匹配地标，可以确定设备的位置和方向，从而实现室内定位、导航等功能。

通过摄像头捕捉道路和车辆周围图像信息。感知周围环境，提供图像信息供自动驾驶系统决策。

发射激光束并测量反射时间，计算周围物体距离和位置。提供高精度距离和位置信息，生成周围环境三维地图。

自动驾驶感知传感系统

摄像机类型	特点
单目摄像机	只包含一个摄像机和一个镜头。相对于其他类别的摄像机，单目摄像机的算法成熟度更高 ，但它有两个先天缺陷：一是其视野完全取决于镜头；二是单目测距精度低 。
双目摄像机	能得到较高精度的测距结果，但是它与单目摄像机一样，视野完全依赖于镜头。而且双目测距摄像机对其两个镜头的安装位置、距离要求严格 ，所以此类相机的标定通常比较复杂 。
三目摄像机	三目摄像机是三个不同焦距单目摄像机的组合，根据焦距不同每个摄像机所感知的范围也不尽相同，三目摄像机能较好地弥补感知范围不足 的问题。
环视摄像机	环视摄像机所用的镜头是鱼眼的，安装位置是朝向地面的，能够获取更大的视野 ，但代价是图像畸变严重 ，需要标定值进行投影变换 。

摄像机可以获取周围环境的图像，并将其转换为数字信号，以供其他传感器或系统使用。

摄像机可以通过图像处理和计算机视觉算法，识别出图像中的物体，并进行分类、定位和跟踪等操作。

摄像机可以拼接多张图像，生成全景图，提供更广阔的视野。

分辨率是摄像机的一个重要参数，它决定了摄像机捕捉图像细节的能力。分辨率越高，捕捉到的图像就越清晰，细节也就越丰富。

帧率是指摄像机每秒捕捉的图像帧数。高帧率可以捕捉到更流畅的动作，但也会增加数据处理的负担。

激光雷达原理

基于激光测距技术，发射激光脉冲并测量反射光时间，确定目标物体的距离和速度。

包括激光器（发射激光脉冲）、接收器（接收反射光）和处理器（计算距离和速度）。

通过测量反射光的时间，利用光速不变原理将时间转换为距离。

通过测量反射光的强度，获取目标物体的表面特征等信息。

激光雷达类型

激光雷达主要分为三种类型 机械式激光雷达、固态激光雷达和混合固态激光雷达。 机械式激光雷达 机械式激光雷达使用旋转的激光扫描仪来扫描周围环境，获取周围环境的三维形状和纹理。这种激光雷达的优点是扫描范围广、精度高，但缺点是价格较高、体积较大、维护成本较高。 固态激光雷达 固态激光雷达是一种新型的激光雷达技术，它采用了固体激光器作为光源，不需要旋转的激光扫描仪。这种激光雷达的优点是价格相对较低、体积较小、维护成本较低，但缺点是扫描范围相对较小、精度相对较低。

混合固态激光雷达 混合固态激光雷达是结合了机械式激光雷达和固态激光雷达的一种技术，它使用固体激光器作为光源，但通过旋转的激光扫描仪来扫描周围环境。这种激光雷达既具有机械式激光雷达的高精度和广范围，又具有固态激光雷达的低成本和可靠性。

激光雷达测距原理

激光雷达发射器先发射激光，经过物体反射后被CMOS捕捉，设捕捉点为X2。

过焦点O作一条虚线平行于入射光线，与Imager相交于X1，由于β已知，所以可得到X1的位置。

激光雷达三角测距原理的原理图如图所示，其中O为焦点，X1、X2为捕捉点位置，β为入射角。

传统的测距技术分为双向测距技术（Two Way Ranging）和单向测距技术（One Way Ranging）。TOF测距主要利用信号在两个异步收发机（Transceiver）之间往返的飞行时间来测量节点间的距离。

激光器发射一个激光脉冲，回返光经接收器接收。两个时间相减即得到了光的“飞行时间( t )”，而光速c是一定的，因此在已知速度和时间后很容易就可以计算出距离d=c×t/2。

知名供应商介绍

Velodyne是领先的激光雷达供应商之一，其产品包括多种型号的激光雷达传感器，覆盖了不同的应用场景和需求。Velodyne的激光雷达传感器具有高分辨率、长距离和可靠性高等优点，被广泛应用于自动驾驶汽车、无人机和智能空间等领域。

Quanergy是另一家知名的激光雷达供应商，其产品包括Q-Series和M-Series两个系列的激光雷达传感器。Quanergy的传感器具有高性能、低成本和可靠性高等优点，被广泛应用于自动驾驶汽车、机器人和智能空间等领域。

LeddarTech是一家专注于固态激光雷达技术的供应商，其产品包括Leddar One和LeddarVu等型号的固态激光雷达传感器。LeddarTech的传感器具有小巧、轻便和可靠性高等优点，被广泛应用于汽车、无人机和智能空间等领域。

毫米波雷达

毫米波雷达通过发射无线电波，然后接收反射回来的信号，通过电磁波返回的飞行时间计算目标的相对距离。 根据多普勒原理，当发射的无线电波和被探测目标有相对移动、回波的频率会和发射波的频率不同，通过检测频率差计算目标的相对速度。

频率在10GHz~200GHz范围的电磁波因其波长在毫米量级，故称为毫米波。 应用在自动驾驶领域的毫米波雷达主要有3个频段，分别是24GHz、77GHz和79GHz。不同频段的毫米波雷达性能和成本不同。

毫米波雷达主要应用于汽车领域，包括自动驾驶、车联网、碰撞预警、自适应巡航等功能。毫米波雷达可以检测车辆周围的障碍物，并测量它们的距离、速度和角度，为车辆提供精确的感知能力。

毫米波雷达也可以应用于无人机领域，用于导航、避障、地形测绘等功能。毫米波雷达可以检测无人机周围的障碍物，并测量它们的距离和方位角，为无人机提供精确的感知能力。

超声波雷达工作原理

工作原理：通过超声波发射装置向外发出超声波和接收器接收到超声波的时间差来测算距离。

超声波雷达应用

在倒车入库时，超声波雷达可以帮助驾驶员感知车辆后方和侧方的障碍物，避免车辆与墙壁或其他车辆发生碰撞。

在停车时，超声波雷达可以帮助驾驶员感知停车位的大小和形状，以及车辆与周围车辆的距离，从而帮助驾驶员更好地掌握停车技巧，避免刮蹭和碰撞。

在自动驾驶系统中，超声波雷达可以帮助车辆实现自动泊车和自动变道等功能。通过感知周围环境并计算与其他车辆的距离和相对速度等信息。

超声波雷达类型

UPA超声波雷达通常安装在汽车的前后保险杠上，用于测量汽车前后方的障碍物。其探测距离一般在15~250cm之间。

APA超声波雷达通常安装在汽车的侧面，用于测量侧方障碍物距离。其探测距离一般在30~500cm之间。APA的探测范围更远，因此成本更高，功率也更大。

除了UPA和APA之外，还有一些其他类型的超声波雷达，例如多元素超声波雷达、全景超声波雷达等。这些雷达具有更广泛的探测范围和更高的测量精度，但成本也更高。

超声波雷达的测距原理与激光雷达、毫米波雷达类似，但波速与温度有关。在自动驾驶系统中，引入温度信息以提升测量精度。

高速下超声波雷达测量有局限性，因速度受天气影响且散射角大、方向性差。但在短距离测量中仍具优势。

超声波能量消耗慢，穿透性强，测距简单且成本低。这使得超声波雷达在倒车入库、停车辅助等应用中表现优异。随着自动泊车功能普及，超声波自动泊车功能也受到广泛关注。

常见自动驾驶传感器品牌及产品