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點雲毫米波雷達和普通雷達的區别
點雲毫米波雷達和普通雷達的區别
更新时间:2024-10-08 04:21:47

對于毫米波,想必大家早有所耳聞。此外,對于 5G 毫米波、毫米波雷達等關鍵詞,大家同樣耳熟能詳。但是,大家能準确區分毫米波雷達、激光雷達二者間的區别嗎?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、什麼是激光雷達

激光雷達,是以發射激光束探測目标的位置、速度等特征量的雷達系統。其工作原理是向目标發射探測信号(激光束),然後将接收到的從目标反射回來的信号(目标回波)與發射信号進行比較,作适當處理後,就可獲得目标的有關信息,如目标距離、方位、高度、速度、姿态、甚至形狀等參數,從而對飛機、導彈等目标進行探測、跟蹤和識别。它由激光發射機、光學接收機、轉台和信息處理系統等組成,激光器将電脈沖變成光脈沖發射出去,光接收機再把從目标反射回來的光脈沖還原成電脈沖,送到顯示器。

二、激光雷達構成原理

LIDAR是一種集激光,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,用于獲得數據并生成精确的 DEM。這三種技術的結合,可以高度準确地定位激光束打在物體上的光斑。它又分為目前日臻成熟的用于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于獲得水下 DEM 的水文 LIDAR 系統,這兩種系統的共同特點都是利用激光進行探測和測量,這也正是 LIDAR 一詞的英文原譯,即:LIght DetecTIon And Ranging - LIDAR。

激光本身具有非常精确的測距能力,其測距精度可達幾個厘米,而 LIDAR 系統的精确度除了激光本身因素,還取決于激光、GPS 及慣性測量單元(IMU)三者同步等内在因素。随着商用 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并被廣泛應用。

點雲毫米波雷達和普通雷達的區别(如何準确分辨毫米波雷達)1

LIDAR 系統包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統。激光器産生并發射一束光脈沖,打在物體上并反射回來,最終被接收器所接收。接收器準确地測量光脈沖從發射到被反射回的傳播時間。因為光脈沖以光速傳播,所以接收器總會在下一個脈沖發出之前收到前一個被反射回的脈沖。鑒于光速是已知的,傳播時間即可被轉換為對距離的測量。結合激光器的高度,激光掃描角度,從 GPS 得到的激光器的位置和從 INS 得到的激光發射方向,就可以準确地計算出每一個地面光斑的坐标 X,Y,Z。激光束發射的頻率可以從每秒幾個脈沖到每秒幾萬個脈沖。舉例而言,一個頻率為每秒一萬次脈沖的系統,接收器将會在一分鐘内記錄六十萬個點。一般而言,LIDAR 系統的地面光斑間距在 2-4m 不等。

激光雷達的工作原理與雷達非常相近,以激光作為信号源,由激光器發射出的脈沖激光,打到地面的樹木、道路、橋梁和建築物上,引起散射,一部分光波會反射到激光雷達的接收器上,根據激光測距原理計算,就得到從激光雷達到目标點的距離,脈沖激光不斷地掃描目标物,就可以得到目标物上全部目标點的數據,用此數據進行成像處理後,就可得到精确的三維立體圖像。

激光雷達最基本的工作原理與無線電雷達沒有區别,即由雷達發射系統發送一個信号,經目标反射後被接收系統收集,通過測量反射光的運行時間而确定目标的距離。至于目标的徑向速度,可以由反射光的多普勒頻移來确定,也可以測量兩個或多個距離,并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、激光雷達特點

精度高,穩定性強。

但是激光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。并且沒有穿透能力,探頭必須完全外露才能達到探測效果,對于安裝車輛來說影響車輛外形美觀。因此,激光雷達防撞器在使用過程中局限性較大。

點雲毫米波雷達和普通雷達的區别(如何準确分辨毫米波雷達)2

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,其頻率高于無線電,低于可見光和紅外線,頻率大緻範圍是 10GHz—200GHz。這是一個非常适合車載領域的頻段。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,目前大量應用于汽車的盲點監測、變道輔助。雷達安裝在車輛的後保險杠内,用于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,隻有 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于 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分辨率,可以達到 5cm。

原理:振蕩器會産生一個頻率随時間逐漸增加的信号,這個信号遇到障礙物之後,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。

将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。

根據國内産業機構調查,國内 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。

點雲毫米波雷達和普通雷達的區别(如何準确分辨毫米波雷達)3

五、毫米波雷達特點

精準度高,抗幹擾能力強 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,安裝也可以完全隐蔽,不影響車輛整體外觀。因此毫米波雷達技術更适用于汽車防撞領域。

點雲毫米波雷達和普通雷達的區别(如何準确分辨毫米波雷達)4

六、激光雷達和毫米波雷達區别

簡單來說激光雷達主要是通過發射激光束來探測周遭環境,車載激光雷達普遍采用多個激光發射器和接收器,建立三維點雲圖,從而達到實時環境感知的目的。

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

技術上來講,目前傳統激光雷達技術已經很成熟,而固态激光雷達和混合固态激光雷達尚處于起步階段,因此各企業當前在自動駕駛汽車使用的激光雷達,多以機械式激光雷達為主。

而從整個激光雷達行業來看,高精度車載激光雷達産品生産商主要集中在國外,如美國的 Velodyne、Quanegy,德國的 IBEO,國内近幾年也開始出現一些專注于車載激光雷達的企業,以及一些從其他領域轉行而來的激光雷達企業,因看中自動駕駛汽車廣闊發展前景,紛紛投身車載激光雷達産品的研發,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标的位置數據。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。毫米波的波長介于厘米波和光波之間,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、質量輕和空間分辨率高的特點。此外,毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強,相比于激光雷達是一大優勢。

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,并且對周邊所有障礙物無法進行精準的建模。

以上便是此次小編帶來的“毫米波”相關内容,通過本文,希望大家對毫米波雷達、激光雷達二者之間的區别具備一定的認知。

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