自動(dòng)駕駛好比行人走路，先用眼睛觀察確定路線，然后大腦再給身體下指令。對(duì)汽車而言，各種雷達(dá)、攝像頭等傳感器就是汽車的眼睛，電子線路就是****，計(jì)算分析等控制系統(tǒng)如同大腦，*終決定了汽車的前行方向與速度。而在這些中，"眼睛"起到了十分關(guān)鍵的作用，為了使得車輛能夠像人一樣敏銳地感知周圍的環(huán)境信息，我們就需要給汽車安裝一雙慧眼——雷達(dá)。

雷達(dá)一詞來(lái)源于Radar的英文音譯，是英文“無(wú)線電探測(cè)與測(cè)距”的縮寫。顧名思義，雷達(dá)的作用是發(fā)現(xiàn)目標(biāo)與確定目標(biāo)的“位置”，這和我們眼睛的功能是極為相似的。

那么雷達(dá)是如何工作的呢？舉個(gè)形象的例子，當(dāng)我們處于一個(gè)沒(méi)有燈光的黑暗環(huán)境時(shí)，我們很難通過(guò)肉眼分辨周圍的物體。此時(shí)我們打開(kāi)手電筒，周圍變得清晰并且可以比較準(zhǔn)確地定位周圍物體的相對(duì)位置。這個(gè)發(fā)現(xiàn)周圍物體的過(guò)程可以分解為以下步驟：

大腦發(fā)現(xiàn)物體的過(guò)程（供圖/史金陽(yáng)）

首先，我們使用手電筒發(fā)射燈光，使得手電光照在周圍的物體上，由于物體的表面不能完全吸收這些光，所以會(huì)反射一些光到環(huán)境中。隨后，眼睛接收到這些反射的燈光并把眼睛接收的燈光信息轉(zhuǎn)換為神經(jīng)脈沖信號(hào)。神經(jīng)脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)神經(jīng)的傳導(dǎo)到達(dá)大腦。大腦經(jīng)過(guò)判斷，意識(shí)到周圍物體的存在并根據(jù)雙眼角度確定物體的相對(duì)位置。當(dāng)然，以上過(guò)程只在一瞬間就完成了。

如果將上述過(guò)程中的手電筒換成一個(gè)雷達(dá)的發(fā)射機(jī)，接收光線的眼睛替換為雷達(dá)的接收機(jī)，雷達(dá)的信號(hào)處理系統(tǒng)等效為大腦，我們就可以形象地理解雷達(dá)系統(tǒng)的運(yùn)作原理了。雷達(dá)通過(guò)脈沖回波與發(fā)射脈沖的間隔確定與目標(biāo)的距離。之后通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量出電磁波在當(dāng)?shù)丨h(huán)境下的傳播速度，然后便可以通過(guò)確定發(fā)射脈沖與反射波的間隔確定電磁波的飛行時(shí)間。當(dāng)我們擁有了速度與時(shí)間兩個(gè)參量，我們就可以使用速度與時(shí)間的乘積的一半計(jì)算出兩者間隔的距離。

毫米波指波長(zhǎng)介于1-10納米的電磁波，毫米波雷達(dá)則指工作在毫米波波段的雷達(dá)。毫米波的波長(zhǎng)介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)。毫米波雷達(dá)得益于特殊的高增益天線（天線增益越高，方向性越好）設(shè)計(jì)，它的方向性極強(qiáng)，能夠準(zhǔn)確地辨別障礙物的相對(duì)位置。假如當(dāng)雷達(dá)的方向性相對(duì)較差的時(shí)候，它將照射一個(gè)較大的范圍，那么如果出現(xiàn)障礙物，我們很難準(zhǔn)確測(cè)量它的相對(duì)位置，只能確定它在這個(gè)范圍內(nèi)的某個(gè)位置附近。而當(dāng)雷達(dá)的方向性較好的時(shí)候，一旦探測(cè)到了物體，物體的位置就可以更加準(zhǔn)確地框在這個(gè)較小的范圍內(nèi)。

搭載雷達(dá)的無(wú)人駕駛汽車（供圖/史金陽(yáng)）

由于毫米波具有較好的穿透性，所以毫米波雷達(dá)在煙霧、揚(yáng)塵環(huán)境中仍然可以對(duì)周圍環(huán)境準(zhǔn)確感知，具有全天候全天時(shí)的特點(diǎn)。這些特性對(duì)于自動(dòng)駕駛而言極為重要，它可以在能見(jiàn)度較差的條件下分辨來(lái)往車輛、人員、低矮路障以及細(xì)小障礙物，避免車輛因?yàn)槿狈?duì)周圍信息的感知而作出錯(cuò)誤決策，從而為乘客的安全提供有效的保障。

要想實(shí)現(xiàn)車輛的輔助駕駛或更高階的自動(dòng)駕駛，車輛必須要能感知自己所處的環(huán)境，這對(duì)于汽車行業(yè)是一個(gè)新的挑戰(zhàn)，也是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛*關(guān)鍵的一步。

激光雷達(dá)也可以叫作Lidar，就是激光（Laser）與雷達(dá)（Radar）的。其實(shí)大家對(duì)它并不陌生，因?yàn)樵诤芏酂o(wú)人駕駛汽車在道路上進(jìn)行行駛實(shí)驗(yàn)時(shí)，車頂上都會(huì)架一個(gè)看上去和攝像頭差不多，但是會(huì)一直在一定角度內(nèi)旋轉(zhuǎn)的"小罐子"，那通常就是激光雷達(dá)了。

激光雷達(dá)是一種利用光波進(jìn)行測(cè)量的主動(dòng)探測(cè)方式。主動(dòng)探測(cè)方式是指探測(cè)系統(tǒng)通過(guò)接收自身發(fā)出的信號(hào)回波來(lái)進(jìn)行測(cè)量，區(qū)別于例如攝像機(jī)等通過(guò)接收環(huán)境光獲取信號(hào)的被動(dòng)探測(cè)方式。激光雷達(dá)通過(guò)測(cè)量激光從發(fā)出經(jīng)障礙物反射到被傳感器接收所經(jīng)歷的時(shí)間，來(lái)計(jì)算障礙物的距離。

激光雷達(dá)的掃描感知圖（供圖/陳鯤）

舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，毫米波雷達(dá)可以發(fā)現(xiàn)路邊障礙，但只能"看到"模糊形體，而厘米級(jí)精度的激光雷達(dá)則可以在極短時(shí)間內(nèi)清楚區(qū)分出障礙是路肩還是斜坡。若無(wú)人駕駛汽車斷定是斜坡后，就可以作出安全開(kāi)上車道的決策。這種精度對(duì)上路行駛的無(wú)人駕駛汽車而言，可以更接近安全。

由于激光波長(zhǎng)比毫米波短3個(gè)數(shù)量級(jí)，因此分辨率精度比毫米波強(qiáng)很多，可以清楚地識(shí)別周圍的車輛、行人與障礙物。但由于大多數(shù)物體在激光波段存在吸收與反射，傳播距離也比毫米波短不少，雨天時(shí)，激光可能被雨滴吸收或反射，干擾行車安全。由于車路協(xié)同是未來(lái)自動(dòng)駕駛的趨勢(shì)，激光雷達(dá)也可以應(yīng)用到路端，由路端實(shí)時(shí)掃描并同步推送給附近車輛。

激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)是汽車探路的左膀右臂。激光雷達(dá)處理近處高精度的建模，在復(fù)雜的街道保障行車安全。毫米波雷達(dá)處理遠(yuǎn)處低精度的建模，保障復(fù)雜天氣的行車安全。

期待未來(lái)的無(wú)人駕駛汽車可以搭載低成本的激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)，**應(yīng)對(duì)復(fù)雜的道路狀況，讓出行變得更安全，交通更順暢。