不同的傳感器都有其優(yōu)勢和缺陷，無法在單傳感器的情況下完成對無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，各個傳感器之間借助各自所長相互融合、功能互補(bǔ)、互為備份、互為輔助才是完備的無人駕駛系統(tǒng)。如何融合這些傳感器的優(yōu)勢，彌補(bǔ)不足是自動駕駛工程師們現(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。主流的無人駕駛傳感平臺以雷達(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。基于測量能力和環(huán)境適應(yīng)性，預(yù)計雷達(dá)和車載攝像頭會持續(xù)保持傳感器平臺霸主的地位，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)

為了解決測距的問題，引入了激光雷達(dá)這種傳感器。常常應(yīng)用在Level 3級別以上的無人車。

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

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)送和接收信號的時間間隔乘以光速，再除以2，即可計算出發(fā)射器與物體的距離。

激光雷達(dá)可以探測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)分開車道線和路面，但是無法探測被遮擋的物體、光束無法達(dá)到的物體，在雨雪霧天氣下性能較差。

激光雷達(dá)在無人駕駛運(yùn)用中擁有兩個核心作用。

一是3D建模進(jìn)行環(huán)境感知。通過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)算法比對上一幀和下一幀環(huán)境的變化可以較為容易的探測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)時得到的全局地圖通過和高精度地圖中特征物的比對，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。一類安裝在無人車的四周，另一類安裝在無人車的車頂。

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

安裝在無人車車頂?shù)募す饫走_(dá)，其激光線束一般不小于16，常見的有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)的造價就更加昂貴，以Velodyne的產(chǎn)品為例，64線束的雷射雷達(dá)價格是16線束的10倍。HDL－64E單個定制的成本在8萬元左右。

目前，Velodyne公司已經(jīng)開發(fā)出了相對便宜的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30萬個數(shù)據(jù)點(diǎn)，但是售價仍高達(dá)售價8千美元。

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

不過，激光雷達(dá)的普及所遇到的最大挑戰(zhàn)是：成本過高。單獨(dú)一個雷達(dá)的價格可能就超過了普通小汽車的價格，因此現(xiàn)階段還沒有大規(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)通過發(fā)射無線電信號（毫米波波段的電磁波）并接收反射信號來測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距離、相對速度、角度、運(yùn)動方向等），然后根據(jù)所探知的物體信息進(jìn)行目標(biāo)追蹤和識別分類，進(jìn)而結(jié)合車身動態(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，毫米波雷達(dá)在自動駕駛中最常見的三種用途是：

1． ACC（自適應(yīng)巡航）

2． BSD＆LCA（盲點(diǎn)監(jiān)測和變道輔助）

3． AEB（自動緊急制動，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，由于其波長在毫米量級，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)用在自動駕駛領(lǐng)域的毫米波雷達(dá)主要有3個頻段，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)的檢測距離有限，因此常用于檢測近處的障礙物。在自動駕駛系統(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。

長距離雷達(dá)：77GHz頻段

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

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

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

長距離雷達(dá)：79GHz頻段

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

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

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杠上的塑料，因此常被安裝在汽車的保險杠內(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)際開發(fā)的過程中，在自動駕駛領(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：對金屬敏感

由于毫米波雷達(dá)發(fā)出的電磁波對金屬極為敏感，在實(shí)際測試過程中會發(fā)現(xiàn)近處路面上突然出現(xiàn)的釘子、遠(yuǎn)距離外的金屬廣告牌都會被認(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，會導(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。沒有高度信息的障礙物點(diǎn)會給技術(shù)開發(fā)帶來很多挑戰(zhàn)。