03-3第三章-雷达在智能网联汽车中的应用
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智能网联汽车中毫米波雷达的应用研究分析
智能网联汽车中毫米波雷达的应用研究分析摘要：如今，中国经济和技术的不断发展给人们的生活带来了一定的便利。
随着人们生活水平的不断提高，人们对汽车的要求也越来越高，不仅是为了满足人们的出行需求，更重要的是为了安全。
因此，我们需要加大这方面的研究力度。
安全碰撞预防系统可以在一定程度上为人们的驾驶安全提供保障，主要是通过预测事故和在紧急情况下自动采取措施。
该系统的核心技术是毫米波雷达测距技术的应用。
本文主要结合实际情况分析毫米波雷达在智能网联汽车中的应用，以供参考。
关键词：智能网联汽车；毫米波雷达；应用；分析前言为了不断促进中国经济发展，增强中国的综合国力，大力发展科学技术是一项重要举措。
只有掌握各种前沿科学技术，中国的国际地位才能不断稳固。
此外，技术是第一生产力，因此中国更加重视毫米波雷达在智能网联汽车中的应用。
据了解，毫米波雷达和无线电雷达有一定的相似之处，主要是在结构方面。
它主要依靠相关设备，包括频率前端、天线、数字信号处理和外部通信数据总线，来计算其他车辆的方向、速度和距离，以采取独立措施避免碰撞并保护人身安全。
毫米波雷达在智能网联汽车中的广泛应用具有一定的优势，可以有效提高汽车的智能化水平。
在促进汽车工业发展的同时，也提高了汽车的安全性和可靠性。
一、毫米波雷达简介毫米波雷达在智能网联汽车中的应用具有重要意义。
其主要优点在于其高精度和高分辨率。
因此，它最初是为飞机和船舶导航而开发的。
后来，在相关人员的不断研发过程中，结合实际情况将其应用于汽车。
毫米波雷达技术主要利用相关设备发射电磁波。
一旦遇到物体，电磁波就会被反射，然后对接收到的信号进行计算和分析，以确定车辆与物体或其他车辆之间的距离。
根据具体情况，会向车辆发出不同的命令。
在收到指令后，控制单元将根据汽车的速度发出制动信号。
一旦车速过高，将实施紧急制动，以避免安全事故，保护人身安全。
目前，毫米波雷达在智能网联汽车中的应用主要用于感知目标物体的特定方向，检测障碍物与车辆之间的距离以及车辆的速度。
雷达在智能网联汽车中的应用
第三章雷达在智能网联汽车中的应用本章小结本章的学习目标你已经达成了吗？请通过思考以下问题的答案进行结果检验。
序号问题自检结果1 汽车雷达有哪些类型？汽车雷达可分为超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达。
2 简述超声波雷达的结构、原理和性能指标超声波雷达结构包括：导电螺杆、接线片、金属壳、保护膜、压电晶片。
超声波原理：超声波雷达利用超声波发生器产生超声波，然后接收探头接收障碍物反射的超声波，并根据超声波反射接收的时差计算出与障碍物的距离。
性能指标：工作频率、工作温度、灵敏度、多普勒效应、温度影响、噪声干扰、线性驱动干扰、机械特性等。
3 举例说明超声波雷达在智能网联汽车中的应用1）倒车辅助系统2）自动泊车系统4 简述毫米波雷达的结构、原理和特点结构：毫米波雷达系统结构主要包括天线、收发芯片、信号处理芯片等。
原理：毫米波雷达是通过发射和接收毫米波段的电磁波来测量车辆与车辆之间的距离、角度和相对速度的装置。
毫米波位于微波和远红外波重叠的波长范围内，根据波传播理论，频率越高，波长越短，分辨率越高，穿透能力越强，但传播过程中损耗越大，传输距离越短。
特点：分辨率高、方向性好、抗干扰能力强、检测性能好。
5 举例说明毫米波雷达在智能网联汽车中的应用实现自适应巡航控制、前向防撞报警、盲点检测、辅助停车、辅助变道、自主巡航控制等先进的巡航控制功能。
6 简述激光雷达的结构、原理、分类及特点结构：激光雷达机械部分主要由激光发射器、光学接收器、伺服电机、光学旋转编码器、倾斜镜等构成。
原理：激光雷达通过发射激光光束来扫描环境，并接收反射回来的光束获取检测数据，利用飞行时间测量法（Time of Flight）获取激光发射器到物体的距离，具体过程如图3-15所示：。
《智能网联汽车技术概论》课件 - 第三章-雷达在智能网联汽车中的应用
• 军工雷达探测扫描原理
No.10008
超声波雷达原理与应用
• 超声波雷达是汽车最常用的一种传感器， 可以通过接收到反射后的超声波探知周 围的障碍物情况，消除了驾驶员停车泊 车、倒车和起动车辆时前、后、左、右 探视带来的麻烦，帮助驾驶员消除盲点 和视线模糊缺陷，提高了行车安全性。
• 超声波雷达被广泛应用于倒车辅助系统 和自动泊车系统中。
FMCW毫米波雷达系统结构与原理
No.10008
毫米波雷达组成与原理
• 请探讨，并说说FWCW雷达的载波频率与天线调制频率的关系。
No.10008
毫米波雷达组成与原理
• 根据电磁波辐射方式的不同，毫米波雷达主要有两种工作 系统：脉冲系统和连续波系统。请说说车用毫米波雷达技 术原理。
Vbat | CAN
• ③灵敏度。超声波雷达的灵敏度与晶圆 的制造有关,机电耦合系数大，灵敏度 高。
No.10008
0 2 •毫米波雷达
No.10008
毫米波雷达组成与原理
• 1.车载毫米波雷达结构组成
• （1）毫米波雷达的种类有哪些？
• 毫米波雷达是通过发射和接收无线电波来 测量车辆与车辆之间的距离、角度和相对 速度的装置。
• 毫米波雷达可实现自适 应巡航控制、前向防撞 报警、盲点检测、辅助 停车、辅助变道、自主 巡航控制等先进的巡航 控制功能。
No.10008
毫米波雷达在智能网联汽车中的应用
• 在汽车ADAS系统中，毫米波雷达应用于哪些领域？
• 自适应巡航控制（ACC）、前方避碰 报警（FCW）、盲点检测（BSD）、 辅助停车（PA）、辅助变道（LCA） 等领域。
ADAS毫米波雷达工作路径
No.10008
【全文】智能网联汽车概论-第三章--智能网联汽车基础平台
目前世界上著名的卫星导航系统有美国的全球定位系（Global Positioning System GPS）、俄罗 斯的全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GLONASS)、中国的北斗卫星导航系统 (Beidou Navigation Satellite System，BDS)以及欧盟伽利略(Galileo)系统。
车载摄像头
在功能上，车载摄像头需要在复杂的运动路况环境下保证采集到稳定的数据。具体要求如下： 1、高动态：在较暗环境及明暗差异较大时仍能实现识别，要求摄像头具有高动态的特性。 2、中低像素：为降低计算处理的负担，摄像头的像素并不需要非常高。目前30万~120 万像 素已经能满足要求。前视摄像头为了实现远距离物体成像需要更多像素，200万~500万甚至更高像 素已经成为发展趋势。
图3-1 硬件平台构成
激光雷达
激光雷达又称光学雷达(Light Detection And Ranging，LiDAR)，是一种先进的光学遥感技术， 它通过首先向目标发射一束激光，然后根据接收-反射的时间间隔确定目标物体的实际距离。同时 结合这束激光的发射角度，利用基本的三角函数原理推导出目标的位置信息。由于激光具有能量密 度高、方向性好的特点，激光雷达的探测距离往往能达到100m以上。与传统雷达使用不可见的无线 电波不同，激光雷达的探测介质是激光射线，使用的波长集中在600~1000nm，远低于传统雷达的波 长。又因为雷达具有波长越短探测精度越高的特点，故激光雷达可以用于测量物体距离和表面形状。 激光雷达的精度可达厘米级。激光雷达在自动驾驶运用中拥有两个核心作用。
3.2 硬件平台
激光雷达
自动驾驶汽车利用计算机代替人类实现驾驶功能，这就需要在有人驾驶汽车的基础 上增加感知定位系统计算平台、控制执行系统等一系列能够实现车辆环境感知、决策与 驾驶动作执行的系统。在车辆内部，为了辅助各系统的正常运行，通信总线、控制单元 以及整车的电子电气架构都要进行相应的改进甚至重新设计。这些硬件系统共同构成了 自动驾驶汽车的硬件平台，如图3-1所示。
车载摄像头
在功能上，车载摄像头需要在复杂的运动路况环境下保证采集到稳定的数据。具体要求如下： 1、高动态：在较暗环境及明暗差异较大时仍能实现识别，要求摄像头具有高动态的特性。 2、中低像素：为降低计算处理的负担，摄像头的像素并不需要非常高。目前30万~120 万像 素已经能满足要求。前视摄像头为了实现远距离物体成像需要更多像素，200万~500万甚至更高像 素已经成为发展趋势。
图3-1 硬件平台构成
激光雷达
激光雷达又称光学雷达(Light Detection And Ranging，LiDAR)，是一种先进的光学遥感技术， 它通过首先向目标发射一束激光，然后根据接收-反射的时间间隔确定目标物体的实际距离。同时 结合这束激光的发射角度，利用基本的三角函数原理推导出目标的位置信息。由于激光具有能量密 度高、方向性好的特点，激光雷达的探测距离往往能达到100m以上。与传统雷达使用不可见的无线 电波不同，激光雷达的探测介质是激光射线，使用的波长集中在600~1000nm，远低于传统雷达的波 长。又因为雷达具有波长越短探测精度越高的特点，故激光雷达可以用于测量物体距离和表面形状。 激光雷达的精度可达厘米级。激光雷达在自动驾驶运用中拥有两个核心作用。
3.2 硬件平台
激光雷达
自动驾驶汽车利用计算机代替人类实现驾驶功能，这就需要在有人驾驶汽车的基础 上增加感知定位系统计算平台、控制执行系统等一系列能够实现车辆环境感知、决策与 驾驶动作执行的系统。在车辆内部，为了辅助各系统的正常运行，通信总线、控制单元 以及整车的电子电气架构都要进行相应的改进甚至重新设计。这些硬件系统共同构成了 自动驾驶汽车的硬件平台，如图3-1所示。
第3章 智能网联汽车高精度地图与定位技术
二、高精度地图组织结构
（一）路网
行为决策也和路网信息高度相关，目前的高精度地图系统里，行为决策的 实现依然是基于交通规则的，对规则列表的适配需要结合全局规划信息。目标 的预测也类似，道路交通中的目标预测一个重要的先验就是目标在多数情况下 会在自己的车道上行驶或者遵循交通规则变道，针对不同的道路参与者，交通 规则也不一定相同。因此，一个合格的自动驾驶地图，应当包含所有交通参与 者的道路规则，例如非机动车道以及行人可能出现的区域和运动的方向等。
一、高精度地图与自动驾驶
图3-1 高精度地图与自动驾驶技术
一、高精度地图与自动驾驶
高精度地图的特征包括车道、车道线、道路上的各项交通设施和人行横道 等。它能描述所有交通要素以及人能感受到的影响交通驾驶行为的特征。此外， 高精度地图对实时性要求较高，实时性也是评价高精度地图的重要指标之一。 自动驾驶车辆的算法处理依赖于对周围环境的感知，如果高精度地图不能提供 实时的道路信息，会使得导航算法出现偏差甚至出现严重交通事故。
从以上三个方面出发，可以更好地理解高精度地图的组织结构。
二、高精度地图组织结构
（一）路网
路网即地图中道路的拓扑关系，在传统的电子地图中，路网是地图的骨架， 道路元素多是通过在路网基础上添加短枝来表述的。高精度地图系统中，使用 路网语义的主要目的之一就是产生全局路径规划，即起点到终点的全局路线。 区别于粗粒度的电子导航全局规划，高精度地图系统中的全局规划不仅需要知 道车的路线（道路级别），还需要知道车道级别的信息，例如可以走哪些车道、 车道是不是公交专用道、车道能否变道、能否借道等。
三、高精度地图数据格式
（一）NDS格式规范
NDS是由德国大众、宝马等车企联合导航电子地图提供商提出的一种导 航电子地图存储标准，是一种基于嵌入式数据库的导航电子地图存储标准，它 采用WGS84坐标系系统，总体由地图显示、路径规划、名称、兴趣点 （POI）、交通信息和语言表达六个内容层组成，其中不同层的数据会储存在 不同的表中，每一层的数据也会根据类型不同储存在内嵌数据库的不同表中。 对同一内容的数据，通过比例尺划分成多个数据表达层，并且进行相应的分块 和存储的操作。某块数据代表的是数据库表中的某条记录。传统的数据寻址是 通过物理地址偏移来进行，而高精度地图是通过数据库ID的相互引用来完成。
《智能网联汽车技术概论》课件 - 第七章-智能网联汽车通信技术
V2X综述
• 4.V2R
• V2R是Vehicle to Road的英文缩写， 即车辆自身与道路之间的信息交换。 按照道路的特殊性而言，V2R又可 分为两大类型，一类是车辆自身与 城市道路之间的信息交换，另一类 是车辆自身与高速道路之间的信息 交换车辆自身与道路之间的信息交 换内容，主要包括以下几点：
No.10008
学习目录
1
熟悉智能网联汽车的V2X含义和 功能
2
熟悉智能网联汽车V2X的实现方 式
3 了解移动网络通信技术的发展
4
熟 悉 5G 网 络 的 关 键 技 术 及 其 在 V2X中的应用
5
熟悉几种常见的物联网无线通信 技术及其在V2X中的应用
No.10008
0 1 •V2X
学习目录
• ②当前本体车辆的行驶方向与附近 范围内车辆的行驶方向进行信息内 容的交换；
• ③当前本体车辆紧急状况与附近范 围内车辆的行驶状况进行信息内容 的交换。
V2X综述
• 2.V2I
• V2I是Vehicle to Infrastructure的英文 缩写，即车辆自身与基础设施之间的信 息交换。
• 基础设施主要包括红绿灯、公交站台、 交通指示牌、立交桥、隧道、停车场等。 车辆自身与基础设施之间的信息交换内 容，主要包括以下几点：
No.10008
移动网络通信技术的发展
• 5G的网络架构包含有独立的独立组网 模式SA和与4G网络相结合的非独立组 网模式NSA两种：
• 5G网络标准分为独立组网模式（SA） 和非独立组网模式（NSA）两大类。
• 独立组网模式是指需要全新打造5G网 络环境，如5G基站、5G核心网等。
• 非独立组网模式是指在现有的4G硬件 设施基础上，实施5G网络的部署工作。
《智能网联汽车技术概论》课件 - 第一章-智能网联汽车技术综述
• 2003年，国防科技大学与一汽合 作的红旗CA7460实现了高速公路 自动驾驶示范，最高时速170Km/ 小时，可以实现自动超车。
• 2011年7月，国防科技大学自主研 发的红旗HQ3无人驾驶汽车首次完 成了长沙至武汉286Km的高速全 程无人奥林匹 克森林公园”路线上来回行驶，吸 引了无数眼球。
• 2011年，内华达州率先通过了汽车驾 驶汽车立法，解决了州公路上自驾汽车 的路试问题。
No.10008
0
2
• 智能网联汽车的发展趋 势
No.10008
国外智能网联汽车的发展现状
• 1.美国自动驾驶技术发展
• 在美国、欧洲、日本等发达国家和地区， 自动驾驶技术是未来交通发展的重要方 向。在技术研发、道路测试、标准法规 和政策等方面，为智能网联汽车的发展 提供了条件。为了加快自动驾驶商业化 的政策支持，我国在这方面的研究也很 活跃，为自动驾驶技术的开发和测试创 造了坚实的基础。
• 在智能化层面，汽车配备了多种传感器（摄像 头、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达）， 实现对周围环境的自主感知，通过一系列传感 器信息识别和决策操作，汽车按照预定控制算 法的速度与预设定交通路线规划的寻径轨迹行
• 驶在。网联化层面，车辆采用新一代移动通信技术 （LTE-V、5G等），实现车辆位置信息、车速 信息、外部信息等车辆信息之间的交互，并由 控制器进行计算，通过决策模块计算后控制车 辆按照预先设定的指令行驶，进一步增强车辆 的智能化程度和自动驾驶能力。
人与系 统
人
自动驾驶系统（“系统”）监控驾驶环境
车道内正常行驶， 人 高速公路无车道干
涉路段，泊车工况。
高速公路及市区无
人
车道干涉路段，换 道、环岛绕行、拥
• 2011年7月，国防科技大学自主研 发的红旗HQ3无人驾驶汽车首次完 成了长沙至武汉286Km的高速全 程无人奥林匹 克森林公园”路线上来回行驶，吸 引了无数眼球。
• 2011年，内华达州率先通过了汽车驾 驶汽车立法，解决了州公路上自驾汽车 的路试问题。
No.10008
0
2
• 智能网联汽车的发展趋 势
No.10008
国外智能网联汽车的发展现状
• 1.美国自动驾驶技术发展
• 在美国、欧洲、日本等发达国家和地区， 自动驾驶技术是未来交通发展的重要方 向。在技术研发、道路测试、标准法规 和政策等方面，为智能网联汽车的发展 提供了条件。为了加快自动驾驶商业化 的政策支持，我国在这方面的研究也很 活跃，为自动驾驶技术的开发和测试创 造了坚实的基础。
• 在智能化层面，汽车配备了多种传感器（摄像 头、超声波雷达、毫米波雷达、激光雷达）， 实现对周围环境的自主感知，通过一系列传感 器信息识别和决策操作，汽车按照预定控制算 法的速度与预设定交通路线规划的寻径轨迹行
• 驶在。网联化层面，车辆采用新一代移动通信技术 （LTE-V、5G等），实现车辆位置信息、车速 信息、外部信息等车辆信息之间的交互，并由 控制器进行计算，通过决策模块计算后控制车 辆按照预先设定的指令行驶，进一步增强车辆 的智能化程度和自动驾驶能力。
人与系 统
人
自动驾驶系统（“系统”）监控驾驶环境
车道内正常行驶， 人 高速公路无车道干
涉路段，泊车工况。
高速公路及市区无
人
车道干涉路段，换 道、环岛绕行、拥
智能网联汽车环境感知技术 第3章 毫米波雷达
否
检查毫米波雷达与 显示测试系统的通 讯是否正常
否 检查并更换或 维修故障
是
检查毫米波雷达 传感器自身及 相关系统软件
毫米波雷达传感器的常见故障诊断
故障现象：智能传感器装配调试台架打开电源开关，毫米波雷达传 感器系统工作，但数据不准确有误差。
• 毫米波雷达安装问题 • 毫米波雷达校正问题 • 毫米波控制单元故障
诊断流程：
首先进行毫 米波雷达安
装校正
然后再排除 毫米波波雷 达自身问题
最后考虑软 件系统问题
故障原因分析
目录
DIRECTORY
01. 毫米波雷达认知与安装 02. 毫米波雷达故障检测 03. 毫米波雷达标定
03
毫米波雷达标定
毫米波雷达-原理
根据毫米波雷达发射波的调制方式有：调频连续波（FMCW）、脉冲波（脉冲多普勒雷达）和ESR式。脉冲雷达 系统在测量近距离目标时，发射和接收脉冲之间的时间差极小，通常达到纳秒级，要求处理器的运行频率很高， 所以实际工程中较少采用。调频连续波雷达系统利用多普勒频移原理来测距测速，对处理器要求较低，因此，大 部分应用场合均采用调频连续波雷达。毫米波雷达可以分为脉冲式、调频连续波式。
毫米波雷达分类
毫米波雷达-分类
按工作原理 按探测距离按频段 Nhomakorabea脉冲式毫米波雷达 调频式连续毫米波雷达
近距离(SRR) 中距离(MRR) 远距离(LRR)
24GHz 77GHz 79GHz
77GHz中、远距离 探测可达280米 探测幅度窄
体积较小，便于安装 识别精度高（cm级）
24GHz 近距离探测 0-120米
毫米波雷达-特点
探测距离远，可达200m以上。 探测性能好，金属电磁反射强，其探测不受颜色与温度的影响。 响应速度快，传播速度与光速一样，可以快速地测量出目标的距离、速度和角度等信息。 适应能力强。毫米波具有很强的穿透能力，在雨、雪、大雾等恶劣天气依然可以正常工作。 抗干扰能力强，一般工作在高频段，而周围噪声和干扰处于中低频区，基本上不会影响毫米波雷达的正常运行 覆盖区域呈扇形，有盲点区域，无法识别交通标志、交通信号灯和道路标线。
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• 侧方扫描是稀疏的，但不是完全忽略侧面稀疏扫 描，在十字路口可以加强侧面扫描。
• 机械激光雷达只能以恒定的速度旋转，不能进行 如此精细的操作。
• 固态激光雷达通常分为相控阵、Flash和MEMS三 种类型
激光雷达的功用
• （1）相控阵固态激光雷达
• 固态激光雷达采用相控阵原理实现，完全消除了机械 结构，通过调整发射阵中各发射单元的相位差来改变 激光的出射角。光学相控阵通常由其相位的电子束扫 描控制，因此也被称为电子扫描技术。
激光雷达的功用
• （3）MEMS固态激光雷达
• MEMS固态激光雷达是指将所有机械部件集成到一个 芯片中，通过半导体工艺生产的MEMS。它消除了机 械旋转结构，从根本上降低了激光雷达的成本。
激光雷达的功用
• 固态激光雷达可以探测150米的距离。响应速度快， 控制电压低，扫描角度大，价格低。
• 根据线束数量，固态激光雷达可分为单线激光雷达和 多线激光雷达。顾名思义，单行激光雷达扫描一次只 能产生一条扫描线，得到的数据是二维数据，因此无 法区分目标物体的三维信息。
信号处理 模数转换
激光器
光束控制
探测器 制冷
主处理器
发射光学 天线
接收光学 天线
距离信息
速度信息
角度信息
目标图像信息
目标物体
伺服系统 通信系统 屏幕系统
激光雷达的功用
• 请说说汽车激光雷达的三维立体图像是怎么形成的？
激光雷达的功用
• 实时激光雷达一般分为16线、32线和64线，雷达测 距的精度非常重要，以16线激光雷达为例，它具有2° 角分辨率，如果行人在50米以外，只有一条激光脉冲 线。显然不能区分行人的轮廓。它也可以在白天利用 摄像头进行分辨。但如果是在夜间，激光雷达难以单 独识别，毫米波雷达只能识别障碍物，对热敏信息无 法识别。
激光雷达的功用
• 传感器融合
激光雷达的功用
• 无人驾驶技术案例：
激光雷达的功用
• 激光雷达在民用级别有哪些类型，分别应用场景是什么？三维激光雷达分为哪几种雷达？
激光雷达的功用
• 2.固态激光雷达
• 固态激光雷达具有数据采集速度快、分辨率高、 对温度和振动适应性强等优点。
• 通过光束控制，探测点（点云）可以任意分布， 例如在高速公路上主要扫描前方远处。
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX学校/学院
智能网联汽车技术概述
◣ 第三章 雷达在智能网联汽车中的应用
授课教师：
学习目标
1 知道汽车雷达的分类及特征区别 2 了解超声波雷达的结构、原理和性能指标 3 熟悉超声波雷达在智能网联汽车中的应用 4 了解毫米波雷达的结构、原理及特点 5 熟悉毫米波雷达在智能网联汽车中的应用 6 了解激光雷达的结构、原理及特点 7 熟悉激光雷达在智能பைடு நூலகம்联汽车中的应用
• CRF推理应用于语义标记的关键思想是将标签分 配（对于像素分割来说就是像素标签分配）问题 表达为包含类似像素之间具有一定标签协议的假 设的概率推理问题。CRF推理能够改进像素级标 签预测，以产生清晰的边界和细粒度的分割。
分割地面
点云聚类
特征提取
CRF推理模型
分类
激光雷达的功用
• 三维激光雷达按使用方式的不同分为实时激光雷达和非实时激光雷达，请说说 什么是实时激光雷达？什么是非实时激光雷达？在应用上各有什么特征？
03 •激光雷达
激光雷达的功用
• 1.激光雷达类型与工作原理 • 什么是激光雷达？有哪些作用？
• 激光雷达（LiDAR）是集激光、全球定位系统（GPS） 和IMU惯性测量装置三大技术为一体的系统。
激光雷达的功用
• 激光雷达由那些部件组成？请说说它的工作过程。
激光雷达的功用
• 请说说激光雷达的工作原理。
激光雷达的功用
• 精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）以及目标的形状检测、识别分辨和跟踪。 • 高频激光器可以在一秒钟内获得106～107个数量级的位置点云信息，并根据这些信息进行三维建模。 • 除了获得位置信息外，它还可以通过激光信号的反射率初步区分不同的材料。
激光雷达的功用
• 光学相控阵激光雷达的核心技术包括光学相控阵、光 学集成电路和远场辐射模式，它是一种没有机械固件 的纯固态激光雷达。
激光雷达的功用
• （2）Flash固态激光雷达
• Flash激光雷达是一种发射面阵光的非扫描雷达，是 一种聚焦于二维或三维图像的激光雷达。
• 虽然稳定性和成本都很好，但主要问题是探测距离很 近。基于三维闪光技术的固态激光雷达在技术可靠性 方面存在问题。
• 目标的径向速度可以通过反射光的多普勒频移来确定，激光雷达发射的激光照亮物体，被物体散射并返回激光 接收器接收。
• 激光测量模块根据发射前后的激光信息处理三维坐标、距离、方位角、反射强光等数据，其中，由于不同物体 的反射率不同，激光雷达可以根据回波的反射光强（0～255级）来区分物体的不同区域，其精度可达毫米级。
激光调制
• 典型激光雷达
激光电源
• 接收系统采用了各种形式的光电探测器， 如光电倍增管、半导体光电二极管、雪 崩光电二极管、红外线和可见光多元探 测器。激光雷达使用两种工作模式：脉 冲和连续波。根据探测原理，探测方法 可分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、 布里渊散射、荧光、多普勒等。
前置放 大器
主放大器
激光雷达的功用
• 请说说激光雷达具有哪些优点？
毫米波雷达环境感知
激光雷达环境感知
激光雷达的功用
• 为实现无人驾驶目标，目前较好的整体解决方法是什么？
• 车辆辅助驾驶和无人驾驶的整体解决方法是激光雷达+多传感器融合算法+高性能嵌入式算法控制板+可视化 界面配置软件，采用单线或多线激光雷达+摄像头+毫米波雷达检测车辆周围的道路环境，实现多传感器功能 互补。采用数据融合算法提取道路的车道线信息、障碍物属性和障碍物运行状态信息，综合分析给出警告信 息，提醒驾驶员对车辆进行相应的控制，确保安全驾驶。多传感器融合处理相关流程请参考下一页。
激光雷达的功用
• 基于点云的目标检测比较成熟的处理流程
• 在点云中对地面的过滤和点云的分割聚类，需要 将对分割出来的对象进行特征提取，然后去训练 一个分类器实现对这些对象的分类，这是一种基 于激光雷达的目标检测方法。随着深度学习在图 像视觉领域的发展，一类基于单纯的深度学习模 型的点云目标检测方法被提出和应用。例如， CNN卷积神经网络+CRF条件随机场这样的结构。
• 机械激光雷达只能以恒定的速度旋转，不能进行 如此精细的操作。
• 固态激光雷达通常分为相控阵、Flash和MEMS三 种类型
激光雷达的功用
• （1）相控阵固态激光雷达
• 固态激光雷达采用相控阵原理实现，完全消除了机械 结构，通过调整发射阵中各发射单元的相位差来改变 激光的出射角。光学相控阵通常由其相位的电子束扫 描控制，因此也被称为电子扫描技术。
激光雷达的功用
• （3）MEMS固态激光雷达
• MEMS固态激光雷达是指将所有机械部件集成到一个 芯片中，通过半导体工艺生产的MEMS。它消除了机 械旋转结构，从根本上降低了激光雷达的成本。
激光雷达的功用
• 固态激光雷达可以探测150米的距离。响应速度快， 控制电压低，扫描角度大，价格低。
• 根据线束数量，固态激光雷达可分为单线激光雷达和 多线激光雷达。顾名思义，单行激光雷达扫描一次只 能产生一条扫描线，得到的数据是二维数据，因此无 法区分目标物体的三维信息。
信号处理 模数转换
激光器
光束控制
探测器 制冷
主处理器
发射光学 天线
接收光学 天线
距离信息
速度信息
角度信息
目标图像信息
目标物体
伺服系统 通信系统 屏幕系统
激光雷达的功用
• 请说说汽车激光雷达的三维立体图像是怎么形成的？
激光雷达的功用
• 实时激光雷达一般分为16线、32线和64线，雷达测 距的精度非常重要，以16线激光雷达为例，它具有2° 角分辨率，如果行人在50米以外，只有一条激光脉冲 线。显然不能区分行人的轮廓。它也可以在白天利用 摄像头进行分辨。但如果是在夜间，激光雷达难以单 独识别，毫米波雷达只能识别障碍物，对热敏信息无 法识别。
激光雷达的功用
• 传感器融合
激光雷达的功用
• 无人驾驶技术案例：
激光雷达的功用
• 激光雷达在民用级别有哪些类型，分别应用场景是什么？三维激光雷达分为哪几种雷达？
激光雷达的功用
• 2.固态激光雷达
• 固态激光雷达具有数据采集速度快、分辨率高、 对温度和振动适应性强等优点。
• 通过光束控制，探测点（点云）可以任意分布， 例如在高速公路上主要扫描前方远处。
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智能网联汽车技术概述
◣ 第三章 雷达在智能网联汽车中的应用
授课教师：
学习目标
1 知道汽车雷达的分类及特征区别 2 了解超声波雷达的结构、原理和性能指标 3 熟悉超声波雷达在智能网联汽车中的应用 4 了解毫米波雷达的结构、原理及特点 5 熟悉毫米波雷达在智能网联汽车中的应用 6 了解激光雷达的结构、原理及特点 7 熟悉激光雷达在智能பைடு நூலகம்联汽车中的应用
• CRF推理应用于语义标记的关键思想是将标签分 配（对于像素分割来说就是像素标签分配）问题 表达为包含类似像素之间具有一定标签协议的假 设的概率推理问题。CRF推理能够改进像素级标 签预测，以产生清晰的边界和细粒度的分割。
分割地面
点云聚类
特征提取
CRF推理模型
分类
激光雷达的功用
• 三维激光雷达按使用方式的不同分为实时激光雷达和非实时激光雷达，请说说 什么是实时激光雷达？什么是非实时激光雷达？在应用上各有什么特征？
03 •激光雷达
激光雷达的功用
• 1.激光雷达类型与工作原理 • 什么是激光雷达？有哪些作用？
• 激光雷达（LiDAR）是集激光、全球定位系统（GPS） 和IMU惯性测量装置三大技术为一体的系统。
激光雷达的功用
• 激光雷达由那些部件组成？请说说它的工作过程。
激光雷达的功用
• 请说说激光雷达的工作原理。
激光雷达的功用
• 精确测量目标位置（距离和角度）、运动状态（速度、振动和姿态）以及目标的形状检测、识别分辨和跟踪。 • 高频激光器可以在一秒钟内获得106～107个数量级的位置点云信息，并根据这些信息进行三维建模。 • 除了获得位置信息外，它还可以通过激光信号的反射率初步区分不同的材料。
激光雷达的功用
• 光学相控阵激光雷达的核心技术包括光学相控阵、光 学集成电路和远场辐射模式，它是一种没有机械固件 的纯固态激光雷达。
激光雷达的功用
• （2）Flash固态激光雷达
• Flash激光雷达是一种发射面阵光的非扫描雷达，是 一种聚焦于二维或三维图像的激光雷达。
• 虽然稳定性和成本都很好，但主要问题是探测距离很 近。基于三维闪光技术的固态激光雷达在技术可靠性 方面存在问题。
• 目标的径向速度可以通过反射光的多普勒频移来确定，激光雷达发射的激光照亮物体，被物体散射并返回激光 接收器接收。
• 激光测量模块根据发射前后的激光信息处理三维坐标、距离、方位角、反射强光等数据，其中，由于不同物体 的反射率不同，激光雷达可以根据回波的反射光强（0～255级）来区分物体的不同区域，其精度可达毫米级。
激光调制
• 典型激光雷达
激光电源
• 接收系统采用了各种形式的光电探测器， 如光电倍增管、半导体光电二极管、雪 崩光电二极管、红外线和可见光多元探 测器。激光雷达使用两种工作模式：脉 冲和连续波。根据探测原理，探测方法 可分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、 布里渊散射、荧光、多普勒等。
前置放 大器
主放大器
激光雷达的功用
• 请说说激光雷达具有哪些优点？
毫米波雷达环境感知
激光雷达环境感知
激光雷达的功用
• 为实现无人驾驶目标，目前较好的整体解决方法是什么？
• 车辆辅助驾驶和无人驾驶的整体解决方法是激光雷达+多传感器融合算法+高性能嵌入式算法控制板+可视化 界面配置软件，采用单线或多线激光雷达+摄像头+毫米波雷达检测车辆周围的道路环境，实现多传感器功能 互补。采用数据融合算法提取道路的车道线信息、障碍物属性和障碍物运行状态信息，综合分析给出警告信 息，提醒驾驶员对车辆进行相应的控制，确保安全驾驶。多传感器融合处理相关流程请参考下一页。
激光雷达的功用
• 基于点云的目标检测比较成熟的处理流程
• 在点云中对地面的过滤和点云的分割聚类，需要 将对分割出来的对象进行特征提取，然后去训练 一个分类器实现对这些对象的分类，这是一种基 于激光雷达的目标检测方法。随着深度学习在图 像视觉领域的发展，一类基于单纯的深度学习模 型的点云目标检测方法被提出和应用。例如， CNN卷积神经网络+CRF条件随机场这样的结构。