無人駕駛汽車中的幾種重要傳感器應用研究

馬興

摘要：大力發(fā)展無人駕駛車輛是為了解決城市交通擁堵，提高駕駛效率，減少空氣污染。本文介紹了無人駕駛汽車中的傳感器種類以及工作原理和用途，無人駕駛汽車中幾種重要傳感器技術(shù)的發(fā)展以及問題，并對無人駕駛汽車技術(shù)發(fā)展進行展望。

關(guān)鍵詞：無人駕駛;機器視覺;激光雷達

中圖分類號：TH871 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）05-0107-01

0引言

1977年，日本成功研制出世界上第一輛真正意義上的無人駕駛汽車。1992年，國防科技大學宣布我國第一輛無人駕駛汽車研發(fā)成功;2000年，豐田研發(fā)出第一輛無人駕駛公共汽車，在專用車道上完成了無人駕駛測試。傳感器作為神經(jīng)感知系統(tǒng)是實現(xiàn)汽車無人駕駛的關(guān)鍵之一。

1無人駕駛汽車感知技術(shù)

感知技術(shù)作為無人駕駛技術(shù)的關(guān)鍵之一，主要通過大量車載傳感器為無人駕駛汽車加上了“眼睛”，用以精確識別周邊環(huán)境以保證駕駛的安全性與可靠性。雷達傳感器、攝像頭等傳感器技術(shù)在無人駕駛汽車中應用較多，主要有激光雷達、毫米波雷達，用于視覺傳輸?shù)南鄼C等。

1.1激光雷達的感知檢測

激光雷達—般由激光發(fā)射器、激光接收機、信息處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和顯示終端組成。一個基本的激光雷達系統(tǒng)包括一個由旋轉(zhuǎn)鏡（頂部）反射的激光測距器。激光雷達具有良好的方向性，測量精度高，不受路面雜波影響。激光雷達根據(jù)結(jié)構(gòu)和類型可分為單線（二維）和多線（三維）兩種，其中多線激光雷達具有一定的俯仰角度，可實現(xiàn)面掃描，但其價格相對較為昂貴。激光雷達是通過多普勒原理來判斷目標的距離，公式如下：

式中，s是傳感器與目標物之間的距離;t是傳感器發(fā)射的脈沖到目標物之間的往返時間;c是光速。

1.2毫米波雷達的感知檢測

毫米波是指波長為1～10mm、毫米波雷達按頻率范圍可分為24GHz、60GHz、77GHz和79GHz，其中77GHz和79GHz有可能是未來發(fā)展趨勢。這種波形的波長介于光波和厘米波之間，具有較強惡劣天氣穿透能力和較好溫度穩(wěn)定性等優(yōu)點。按工作原理可以分為脈沖式和調(diào)頻式兩類，目前大多數(shù)車載毫米波雷達都為調(diào)頻式。毫米波雷達的工作原理也是通過多普勒原理準確地獲取汽車與其他物體之間的相對距離、相對速度、角度、行駛方向等。其工作過程如圖1所示。

1.3視覺傳感器的感知檢測

視覺傳感器在無人駕駛汽車的應用是為了獲取環(huán)境信息和彩色景象信息。目前無人駕駛汽車視覺傳感器主要為相機和攝像頭，其中相機按照功能分為單目相機、雙目立體相機和全景相機。全景相機是無人駕駛汽車首選的視覺傳感器，其工作原理是6個完全相同的相機360°同時成像，并將6幅圖進行合成，獲得全景圖像，同時對目標進行識別和信息處理。

2存在的問題

雷達和視覺傳感器是當前無人駕駛汽車感知技術(shù)使用的最主要的兩類傳感器，由于二者單獨無法解決無人駕駛所有感知問題，并且二者獲取的不同形態(tài)的信息單獨利用通常會引發(fā)沖突。

2.1兩類傳感器存在的問題

激光雷達對于近距離物體的探測顯得有些困難，而且會受到周圍環(huán)境和天氣的影響;還有就是激光雷達容易被串擾，激光雷達無法判斷是否為自己發(fā)出的脈沖光導致判斷不出物體的形狀。毫米波雷達在探測距離的精確度方面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，并目對周邊所有障礙物無法進行精準的建模。視覺傳感器受環(huán)境因素以及外部因素影響較大，比如隧道中光線不足，天氣因素導致的視線縮小，還會在一定程度上增加同時增加系統(tǒng)軟件算法的壓力。

2.2兩類傳感器融合存在的問題

傳感器融合是多個傳感器通過軟件算法進行綜合處理，融合后通過每個傳感器之間的數(shù)據(jù)可準確判斷無人駕駛汽車前方物體的狀態(tài)，大大提高精確度，降低無人駕駛汽車事故率。傳感器融合中存在的問題有數(shù)據(jù)同步問題、計算量大、功耗高和靈活性差等;對無人駕駛功能性與安全性方面存在巨大影響。

3結(jié)語

雷達和視覺傳感器的高效率融合，大幅度提高了無人駕駛汽車在感知技術(shù)的性能，保證了無人駕駛車的安全性?，F(xiàn)階段，由于技術(shù)和經(jīng)濟上的成本壓力的受限，無人駕駛汽車暫時無法大范圍的進行推廣與引用，但隨著傳感器技術(shù)高速發(fā)展和5G和北斗衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)等技術(shù)的研發(fā)及應用，感知技術(shù)將促進無人駕駛技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)化無人駕駛汽車的信息化水平;在不遠的未來，無人駕駛汽車將進入全新的推廣與應用階段。