㈠ 毫米波雷達和超聲波雷達區別
目前主流的「眼睛」有四類——毫米波雷達、激光雷達、超聲波雷達、攝像頭。他們各自都有自己的特點,比如攝像頭的優點就很突出:精度高,距離遠,直觀方便;可是缺點也同樣突出:受到天氣的影響太大。倘若霧霾一來,或是陰雨綿綿,估計就只能兩眼一抹黑了。
然而它們原理和現狀都如何呢?
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,頻率大致范圍是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杠內,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杠上,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:振盪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系的: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。
2015年中國汽車銷售量為2459.8萬輛,如果2015-2020年我國的乘用車復合增速為4%,到 2020年乘用車全年銷量將近約為3000萬輛。到2020年,如果中國汽車銷售量中有15%裝配汽車毫米波雷達的話,按每輛車裝配2 個,預計2020年的毫米波雷達需求量近900萬個,未來五年復合增速約為50%。
目前中國市場中高端汽車裝配的毫米波雷達感測器全部依賴進口,市場被美、日、德企業壟斷,價格昂貴,自主可控迫在眉睫。國內企業怎麼破局?前不久的IC CHINA 2017上,與非網記者參加了一個加特蘭77GHz CMOS雷達晶元發布會,其產品是是全球首家採用CMOS工藝並實現量產的77GHz雷達收發晶元,不由得讓人覺著歐美大廠壟斷的今天,也有國產企業開始發出自己的聲音。
激光雷達
激光雷達不是單純的指發射激光的探測器就是激光雷達,工作在紅外和可見光波段的,以激光為工作光束的雷達稱為激光雷達。而激光雷達的工作原理是向目標發射探測信號(激光束),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。
從本質上說激光雷達和毫米波雷達都是利用回波成像來構顯被探測物體的,就相當於人類用雙眼探知而蝙蝠是依靠超聲波探知的區別。但激光雷達會比較容易受到自然光或是熱輻射的影響,在自然光強烈或是輻射區域的時候,激光雷達將會被消弱很多而且激光雷達的造價成本高,對工藝水平要求也比較高。而毫米波雷達而言,雖然抗干擾能力較強,但是距離和精確度確實硬傷,而且在行車環境下,處於多重波段並存的環境下對毫米波的影響是極大的。毫米波對於較遠處的探測能力也是極為有限的。
簡單來說,激光雷達精度更高,但價格昂貴。
據國外調研機構的分析預測,2015年全球汽車激光雷達市場規模約為6千2百萬美元,預計2020年全球市場規模將達到2.7億美元左右。2016~2020年將以34%年復合成長率增長。
2016年以來,看好激光雷達在無人駕駛汽車的應用前景,促使許多公司包括創業公司都試圖挑戰激光雷達。國外領先公司有Velodyne、Quanergy、LeddarTech、ConTInental等,國內有北科天繪、禾賽科技、思嵐科技、華達科捷、速騰聚創等,火爆的無人駕駛市場促使激光雷達市場競爭加劇。
業內人士普遍預計,汽車激光雷達市場快速增長將可能在2018年至2019年徹底到來。
超聲波雷達
超聲波發射器向外面某一個方向發射出超聲波信號,在發射超聲波時刻的同時開始進行計時,超聲波通過空氣進行傳播,傳播途中遇到障礙物就會立即返射傳播回來,超聲波接收器在收到反射波的時刻就立即停止計時。在空氣中超聲波的傳播速度是340m/s,計時器通過記錄時間t,就可以測算出從發射點到障礙物之間的距離長度(s),即:s=340t/2