不同的傳感器都有其優(yōu)勢(shì)和缺陷，無(wú)法在單傳感器的情況下完成對(duì)無(wú)人駕駛功能性與安全性的全面覆蓋，這顯示了多傳感器融合的必要性。因此，各個(gè)傳感器之間借助各自所長(zhǎng)相互融合、功能互補(bǔ)、互為備份、互為輔助才是完備的無(wú)人駕駛系統(tǒng)。如何融合這些傳感器的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)不足是自動(dòng)駕駛工程師們現(xiàn)在的主要工作之一。

目前，現(xiàn)有的車載傳感器包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、車載攝像機(jī)、GPS／IMU、V2X通信傳感、紅外探頭、超聲波雷達(dá)等。主流的無(wú)人駕駛傳感平臺(tái)以雷達(dá)和車載攝像頭為主，并呈現(xiàn)多傳感器融合發(fā)展的趨勢(shì)。基于測(cè)量能力和環(huán)境適應(yīng)性，預(yù)計(jì)雷達(dá)和車載攝像頭會(huì)持續(xù)保持傳感器平臺(tái)霸主的地位，并不斷與多種傳感器融合，發(fā)展處多種組合版本。

激光雷達(dá)

為了解決測(cè)距的問(wèn)題，引入了激光雷達(dá)這種傳感器。常常應(yīng)用在Level 3級(jí)別以上的無(wú)人車。

激光雷達(dá)的工作原理是利用可見(jiàn)和近紅外光波（多為950nm波段附近的紅外光）發(fā)射、反射和接收來(lái)探測(cè)物體。

如下圖所示，激光雷達(dá)的發(fā)射器發(fā)射出一束激光，激光光束遇到物體后，經(jīng)過(guò)漫反射，返回至激光接收器，雷達(dá)模塊根據(jù)發(fā)送和接收信號(hào)的時(shí)間間隔乘以光速，再除以2，即可計(jì)算出發(fā)射器與物體的距離。

激光雷達(dá)可以探測(cè)白天或黑夜下的特定物體與車之間的距離。由于反射度的不同，也可以區(qū)分開(kāi)車道線和路面，但是無(wú)法探測(cè)被遮擋的物體、光束無(wú)法達(dá)到的物體，在雨雪霧天氣下性能較差。

激光雷達(dá)在無(wú)人駕駛運(yùn)用中擁有兩個(gè)核心作用。

一是3D建模進(jìn)行環(huán)境感知。通過(guò)雷射掃描可以得到汽車周圍環(huán)境的3D模型，運(yùn)用相關(guān)算法比對(duì)上一幀和下一幀環(huán)境的變化可以較為容易的探測(cè)出周圍的車輛和行人。

二是SLAM加強(qiáng)定位。3D雷射雷達(dá)另一大特性是同步建圖（SLAM），實(shí)時(shí)得到的全局地圖通過(guò)和高精度地圖中特征物的比對(duì)，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航及加強(qiáng)車輛的定位精度。

激光雷達(dá)的分類

激光雷達(dá)根據(jù)安裝位置的不同，分類兩大類。一類安裝在無(wú)人車的四周，另一類安裝在無(wú)人車的車頂。

安裝在無(wú)人車四周的激光雷達(dá)，其激光線束一般小于8，常見(jiàn)的有單線激光雷達(dá)和四線激光雷達(dá)。

安裝在無(wú)人車車頂?shù)募す饫走_(dá)，其激光線束一般不小于16，常見(jiàn)的有16／32／64線激光雷達(dá)。

激光雷達(dá)雷射發(fā)射器線束越多，每秒采集的云點(diǎn)就越多。然而線束越多也就代表雷射雷達(dá)的造價(jià)就更加昂貴，以Velodyne的產(chǎn)品為例，64線束的雷射雷達(dá)價(jià)格是16線束的10倍。HDL－64E單個(gè)定制的成本在8萬(wàn)元左右。

目前，Velodyne公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了相對(duì)便宜的LiDAR傳感器版本HDL－32E和HDL－16E。其中HDL－16E是由16束雷射取代64束雷射，支持360度無(wú)盲區(qū)掃描，犧牲一定的數(shù)據(jù)規(guī)模云點(diǎn)，每秒鐘只提供30萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，但是售價(jià)仍高達(dá)售價(jià)8千美元。

當(dāng)前人工智能的算法還不夠成熟，純視覺(jué)傳感器的無(wú)人駕駛方案在安全性上還存在較多問(wèn)題，因此現(xiàn)階段的無(wú)人車的開(kāi)發(fā)還離不開(kāi)激光雷達(dá)。強(qiáng)如Google，目前也還沒(méi)開(kāi)發(fā)出脫離激光雷達(dá)的自動(dòng)駕駛方案。

不過(guò)，激光雷達(dá)的普及所遇到的最大挑戰(zhàn)是：成本過(guò)高。單獨(dú)一個(gè)雷達(dá)的價(jià)格可能就超過(guò)了普通小汽車的價(jià)格，因此現(xiàn)階段還沒(méi)有大規(guī)模量產(chǎn)的可能性。激光雷達(dá)的降低成本之路任重道遠(yuǎn)。

毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)通過(guò)發(fā)射無(wú)線電信號(hào)（毫米波波段的電磁波）并接收反射信號(hào)來(lái)測(cè)定汽車車身周圍的物理環(huán)境信息（如汽車與其他物體之間的相對(duì)距離、相對(duì)速度、角度、運(yùn)動(dòng)方向等），然后根據(jù)所探知的物體信息進(jìn)行目標(biāo)追蹤和識(shí)別分類，進(jìn)而結(jié)合車身動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，完成合理決策，減少事故發(fā)生幾率。

毫米波雷達(dá)不受天氣狀況限制，即使是雨雪天都能正常運(yùn)作，穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)。因此被廣泛應(yīng)用于車載距離探測(cè)，毫米波雷達(dá)在自動(dòng)駕駛中最常見(jiàn)的三種用途是：

1． ACC（自適應(yīng)巡航）

2． BSD＆LCA（盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)和變道輔助）

3． AEB（自動(dòng)緊急制動(dòng)，通常配合攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)融合）

毫米波雷達(dá)分類

頻率在10GHz～200GHz的電磁波，由于其波長(zhǎng)在毫米量級(jí)，因此處于該頻率范圍的電磁波也被工程師們稱為毫米波。

應(yīng)用在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的毫米波雷達(dá)主要有3個(gè)頻段，分別是24GHz，77GHz和79GHz。不同頻段的毫米波雷達(dá)有著不同的性能和成本。

短距離雷達(dá)：24GHz頻段

處在該頻段上的雷達(dá)的檢測(cè)距離有限，因此常用于檢測(cè)近處的障礙物。在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中常用于感知車輛近處的障礙物，為換道決策提供感知信息。

長(zhǎng)距離雷達(dá)：77GHz頻段

性能良好的77GHz雷達(dá)的最大檢測(cè)距離可以達(dá)到160米以上，因此常被安裝在前保險(xiǎn)杠上，正對(duì)汽車的行駛方向。

如下圖右下角的棕色區(qū)域，為特斯拉AutoPilot 2．0中所配備的長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá)，及其感知范圍。

長(zhǎng)距離雷達(dá)能夠用于實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)、高速公路跟車等ADAS功能；同時(shí)也能滿足自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，對(duì)障礙物距離、速度和角度的測(cè)量需求。

長(zhǎng)距離雷達(dá)：79GHz頻段

該頻段的傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)的功能和77GHz一樣，也是用于長(zhǎng)距離的測(cè)量。

根據(jù)公式：光速 ＝ 波長(zhǎng) ＊ 頻率，頻率更高的毫米波雷達(dá)，其波長(zhǎng)越短。波長(zhǎng)越短，意味著分辨率越高；而分辨率越高，意味著在距離、速度、角度上的測(cè)量精度更高。因此79GHz的毫米波雷達(dá)必然是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

毫米波雷達(dá)相比于激光有更強(qiáng)的穿透性，能夠輕松地穿透保險(xiǎn)杠上的塑料，因此常被安裝在汽車的保險(xiǎn)杠內(nèi)。這也是為什么很多具備ACC（自適應(yīng)巡航）的車上明明有毫米波雷達(dá)，卻很難從外觀上發(fā)現(xiàn)它們的原因。

然而實(shí)際開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域應(yīng)用毫米波雷達(dá)有一下三點(diǎn)挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)1：數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差

數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性對(duì)后續(xù)的軟件算法提出了較高的要求。加大了工程師的工作難度。

挑戰(zhàn)2：對(duì)金屬敏感

由于毫米波雷達(dá)發(fā)出的電磁波對(duì)金屬極為敏感，在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)近處路面上突然出現(xiàn)的釘子、遠(yuǎn)距離外的金屬?gòu)V告牌都會(huì)被認(rèn)為是障礙物。一旦車輛高速行駛，被這些突然跳出的障礙物干擾時(shí)，會(huì)導(dǎo)致剎車不斷，導(dǎo)致汽車的舒適性下降。

挑戰(zhàn)3：高度信息缺失

毫米波雷達(dá)的數(shù)據(jù)只能提供距離和角度信息，不能像激光雷達(dá)那樣提供高度信息。沒(méi)有高度信息的障礙物點(diǎn)會(huì)給技術(shù)開(kāi)發(fā)帶來(lái)很多挑戰(zhàn)。