基于最新LiDAR和RADAR技术，打造自动驾驶车辆先进感知检测系统
2019-12-24 19:58:23 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
ADI公司目前围绕高性能雷达和激光雷达等领域的卓越积累，提供高性能传感器和信号/功率链解决方案。这些解决方案不仅将大幅提高ADAS系统的性能，而且还将降低整个平台的实施成本，从而加快我们迈向自动驾驶的步伐。
近日，自动驾驶技术的忠实拥趸——苹果公司联合创始人史蒂夫·沃兹尼亚克表示，也许在他有生之年看不到L5级自动驾驶汽车上路了。因为经过这几年的狂热之后，无论是传统车企巨头还是科技企业新贵都开始逐渐意识到：实现完全自动驾驶并非一蹴而就。现在大多数车企为自家辅助驾驶系统取名为什么自动驾驶，其实就是驾驶员辅助系统（ADAS），它们能发出警告，但没有任何执行能力。例如关键时刻能救命的自动紧急制动（AEB）辅助系统也要到2022年才会成为全球很多汽车的标准配置。
自动紧急制动系统利用传感器（比如激光雷达（LiDAR）和雷达（RADAR））及摄像头来检测即将发生的碰撞，并提醒驾驶者踩下刹车。如果驾驶者的反应不够迅速，车辆会接管控制权，自行刹车，以期避免或者至少是减轻碰撞。自动紧急制动在很大程度上是基于雷达的解决方案，今天的它还是一个高级功能，但将来，这个功能将在汽车中的普遍存在。
图1 用于ADAS感知和车辆导航的各种传感技术往往独立工作，并向驾驶员发出预警，以便做出反应
激光雷达和雷达系统用在汽车上未来会变得越来越普遍，因为它们能在非常恶劣的环境条件下提供清晰的图像，可以给ADAS系统带来大幅改进的性能。如下图所示，多种传感模式的融合，目的是提供可靠的位置信息或汽车周围的清晰图像，对于未来的自动驾驶系统是必不可少。
图2 为了确保自动驾驶车辆的安全，必须充分探测当前和历史状态、环境特性以及车辆自身状态（位置、速度、轨迹和机械状况）
车辆感知检测涉及从车辆传感器中收集数据，并将数据处理成为对车辆四周环境的理解，这与人类驾驶员的视觉感观非常相似。据麦姆斯咨询介绍，ADI公司经年累月的系统专长和创新的Drive360™产品组合（包括面向激光雷达和雷达的自动驾驶车辆感知检测技术）使客户能够将当今受信任的ADAS系统所需的稳定且高质量的传感器数据与信息处理进行无缝整合，同时确保自动驾驶未来的安全性。
图3 全自动驾驶车辆主要依赖360˚检测，需要使用先进的雷达、激光雷达、摄像头、惯性测量单元（IMU）和超声波传感器
基于图像雷达平台实现更分辨率、广角侦测系统
当今道路上的绝大多数雷达系统均基于24 GHz和77 GHz分立式射频（RF）技术，包括锁相环、斜坡发生器、发射器、接收器和ADC。在超过15年的时间里，ADI一直致力于开拓这些技术为大众市场提供主动安全系统，并已为全球汽车雷达交付了3亿多颗IC。对于自动驾驶，图像雷达要求高分辨率方位角和仰角、高效的预警时间/低延迟、400kph+速度精测、适用于USRR至LRR的可扩展解决方案等。ADI的高性能图像雷达方案可提供方位角和仰角低于1度的分辨率，基于可扩展的28nm CMOS技术的解决方案可面向下一代7xGHz ADAS和自动驾驶图像雷达应用。ADI的图像雷达平台还可实现超小物体侦测、360度环视以及高保真图像雷达。
图4 现有的非成像雷达的角度分辨率一般在10°到20°，它会将3名行人看作一个物体
图5 成像雷达的角度分辨率为1°至2°，是非成像雷达分辨率的10倍。数据“箱”收集1°到2°分辨率的信息，帮助区分和确定3名行人的位置
ADI下一代高度集成的毫米波射频到位收发器非常适合解决高性能成像雷达和新兴高级ADAS系统中最具挑战性的难题。RF SoC和配套电源管理ASIC能够提供<1°的角度分辨率，并能分辨低至3 cm的距离差异。这种精度使系统能够以更低的误报率更快、更准确地检测和分类对象。此外，ADI还拥有广泛的系统级专业知识，并开发了先进的平台来验证其技术，不仅在IC层面，而且作为整个雷达堆栈。
满足个性化设计需求的紧凑型固态激光雷达系统
激光雷达（LiDAR）正在发展为经济高效的紧凑型固态设计，可以放置在车辆周边的多个位置，以支持完整的360˚覆盖范围，是当今机器人出租车（robo-taxi）测试车辆采用的主要感知传感器之一。此外，激光雷达系统已经出现在高端豪华零售汽车中，如奥迪A8，该车型的半自动驾驶功能在60 km/h时速以下可激活短程传感系统。
作为ADI公司自动驾驶车辆感知检测战略的关键支柱，激光雷达利用光脉冲，可以切实可信地将物理世界实时转换为3D数字图像。目前，集成在测试车辆上的传统激光雷达系统价格高昂。此外，它们可能不太美观并且包含可能导致系统停机的机械组件。据悉，ADI公司在真正非机械式且经济高效的激光雷达技术上进行了大量投资，以促进汽车激光雷达系统的采纳成为主流，并使汽车供应商和OEM能够在客车中部署基于激光雷达的ADAS和自动驾驶应用。ADI公司拥有丰富的高性能信号链和电源管理元件，可用于构建几乎任何激光雷达系统。这些产品适用于脉冲或FMCW/连续波系统，以及构建在900 nm至1500 nm波长范围内的系统。
AD-FMCLIDAR1-EBZ是ADI经过实践检验的1D非扫描激光雷达开发模块硬件平台，它可以灵活地满足个性化设计需求，缩短产品上市时间，并降低激光雷达开发的复杂性。它包括可在客户设计中集成的开源软件框架以及Matlab和Python的包装器。通过FMC连接器与FGPA配对后，可用于激光雷达软件和算法开发。在开发软件和算法的同时，可以利用硬件设计实现产品化。
图6 ADI激光雷达客户原型设计平台
总结
过去25年来，ADI公司一直致力于汽车安全和ADAS发展。现在，ADI正在为自动驾驶的未来奠定基础。ADI公司目前围绕高性能雷达和激光雷达等领域的卓越积累，提供高性能传感器和信号/功率链解决方案。这些解决方案不仅将大幅提高ADAS系统的性能，而且还将降低整个平台的实施成本，从而加快我们迈向自动驾驶的步伐。
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