雷達、激光雷達和高性能IMU不斷演進，這些變革性技術(shù)將是未來高級安全與自動駕駛應(yīng)用快速推進的強大基礎(chǔ)。

最近自動駕駛汽車的話題再次燃爆。不過，與過往自動駕駛讓世界充滿憧憬的“正能量”新聞相比，最近的報道更多的滿滿“負能量”的負面新聞，從特斯拉的幾次交通事故到Uber撞死人事件，一時間各種聲音充斥。 英特爾公司高級副總裁以及英特爾子公司Mobileye公司首席執(zhí)行官兼首席技術(shù)官Amon Shashua教授的文章對這些事故給出了中肯的專業(yè)觀點，認為這場悲劇使人們真的應(yīng)該思考一下傳感和決策對于安全的意義，將解讀傳感器信息稱為當(dāng)前高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的核心，以及未來全自動駕駛汽車所需要的基本要素，同時也是我們當(dāng)前面臨的一大挑戰(zhàn)。

擴展感知能力，超越人眼所及

想象您在開車時一輛迎面而來的汽車不知不覺進入了您的車道，與此同時有一個人在人行道上遛狗。您會剎車以期將碰撞降至最低程度？還是猛打方向盤，撞上行人和狗？抑或猛然轉(zhuǎn)向另一車道，撞上迎面而來的車流？無論如何選擇，也不大可能逃過一劫而不造成實質(zhì)性損害或傷害。即使有能力在一瞬間作出三項決策，對我們所有人來說，這仍會變成一個沒有贏家的困境，除非我們能避免其發(fā)生。這正是自動駕駛的主要目標之一：車輛中的傳感器、通信能力、執(zhí)行器和人工智能(AI)協(xié)同工作，收集并分析信息，從而比最好的人類司機更快、更及時地做出決策。

我們在開車時獲得的大部分信息來自于眼睛。這會受到很多因素的限制和影響，例如天氣、距離和干擾。因此，我們在開車時作出的很多決策都是反應(yīng)性的。自動駕駛車輛有望實現(xiàn)預(yù)測性駕駛。為此，車輛必須具備遠超我們?nèi)祟惖臋z測感知能力，我們需要檢測自動駕駛車輛外部環(huán)境的三種關(guān)鍵技術(shù)：雷達、激光雷達和高性能IMU。

微波雷達

雷達目前大量用在高級駕駛員輔助系統(tǒng)中，例如碰撞預(yù)警和緩沖剎車、盲點檢測、車道變換輔助等，然而高性能雷達技術(shù)對傳統(tǒng)的微波信號鏈技術(shù)能力有極高的要求。有意思的是，根據(jù)ADI官方數(shù)據(jù)，新近生產(chǎn)的全部雷達模塊中大約50%含有ADI公司技術(shù)。這家在四年前將微波射頻領(lǐng)頭羊公司訊泰（Hittite）成功納入囊中的模擬半導(dǎo)體技術(shù)巨頭，在汽車雷達領(lǐng)域有15年的記錄，現(xiàn)正在開發(fā)打造創(chuàng)新的以“Drive360”命名的雷達技術(shù)平臺，以提供最高水平的性能和距離分辨率。除了成熟的24GHz微波雷達技術(shù)，還支持76 GHz至81 GHz的完整頻段，使其長期可用。

Drive360雷達圍繞28nm CMOS技術(shù)構(gòu)建，這是目前ADI在業(yè)界率先強調(diào)的工藝技術(shù)節(jié)點，據(jù)稱這使雷達平臺能提供最高程度的數(shù)字信號處理集成靈活性，同時ADI豐富的RF IP支持實現(xiàn)高度差異化的波形和算法。按ADI公開的資料表示，采用Drive360雷達的產(chǎn)品將能可靠地檢測形狀更小、移動速度更快、距離更遠的物體（如摩托車、行人、動物等），以在關(guān)鍵時刻避免傷亡。

雷達、激光雷達和IMU組成未來自動駕駛技術(shù)的“鐵三角”

激光雷達

雷達在未來的全天候自動駕駛應(yīng)用中居于支配地位，但它只是瞬間決策解決方案的一部分。還需要其他傳感器，例如攝像頭和激光雷達（LIDAR，激光探測與測距）。與成熟的微波雷達技術(shù)相比，雷達所占成本只是激光雷達當(dāng)前的成本很小一部分。

業(yè)界公認的最先成熟將激光雷達應(yīng)用在汽車上的是美國Velodyne公司，其第一臺激光雷達直徑達到30英寸、重量接近100磅。2007年其開發(fā)的激光雷達系統(tǒng)收費還高達8萬美元。2010年谷歌推出無人駕駛汽車項目的“車頂花盆”據(jù)稱采用了Velodyne 生產(chǎn)的64線激光雷達傳感器，成本約為7.5萬美元，其成本占到一輛谷歌無人車近一半。

作為傳統(tǒng)微波技術(shù)的領(lǐng)頭羊，ADI也將激光雷達作為其整體 Drive360自主駕駛解決方案戰(zhàn)略的關(guān)鍵支柱。激光雷達利用光脈沖將物理世界以高的置信水平實時轉(zhuǎn)化為 3D 數(shù)字圖像。傳統(tǒng)激光雷達系統(tǒng)（現(xiàn)今主要用于測試車輛）非常昂貴。除此之外，它們外觀很難看，并且由機械組件構(gòu)成，可能導(dǎo)致系統(tǒng)停機。ADI正在大量投資開發(fā)經(jīng)濟高效的真正非機械激光雷達技術(shù)以促進汽車激光雷達系統(tǒng)的主流采用，并讓汽車供應(yīng)商和 OEM 能夠在客運車輛中部署基于激光雷達的ADAS和自主駕駛應(yīng)用。

激光雷達是一個飛速發(fā)展的領(lǐng)域，其探測范圍和精度對于解決一些最困難的ADAS挑戰(zhàn)至關(guān)重要。ADI公司目前聚焦于固態(tài)激光雷達設(shè)計，據(jù)稱其材料與計算機顯示器中掃描光線所用的材料相同，將經(jīng)濟有效的設(shè)計消除常規(guī)產(chǎn)品中的活動部件，克服當(dāng)前激光雷達系統(tǒng)成本高昂的問題，并提高可靠性。在范圍、分辨率、幀速率和功耗等關(guān)鍵性能指標方面，它也將有改善。

慣性測量單元

全球主流的導(dǎo)航采用GPS或者中國發(fā)展北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，但這些衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)也有它本身劣勢，比如信號差、有誤差、更新頻率低等問題，所以僅靠GPS無法滿足自動駕駛的定位需求，需要一種更好的設(shè)備來彌補GPS的不足。而慣性測量單元（IMU）擁有更高的更新頻率，而且不受信號影響，可以很好與GPS形成互補。

慣性測量單元，通常由陀螺儀、加速劑和算法處理單元組成，通過對加速度和旋轉(zhuǎn)角度的測量得出自體的運動軌跡，在導(dǎo)航中有著很重要的應(yīng)用價值。我們把傳統(tǒng)的IMU和與車身、GPS等信息融合的算法組合在一起的系統(tǒng)稱為廣義的、針對自動駕駛的IMU。

除了檢測周圍環(huán)境之外，自動駕駛車輛還需要能在各種氣候條件下感受路況并做出響應(yīng)。ADI公司的慣性測量單元將多軸加速度計和陀螺儀與處理和校準功能集成在單個封裝中。IMU連同板載ADAS和衛(wèi)星定位輸入，提供精確的車輛位置和航向畫面，同時抑制正常駕駛產(chǎn)生的沖擊和振動。

目前的GPS有很多時候是精度不夠準確或者無效的，例如在隧道中經(jīng)常因為信號不好無法使用，或者在市中心的高樓里GPS信號容易被折射反射。這個時候IMU就可以增強GPS的導(dǎo)航能力。例如，在車道線識別模塊失效時，利用失效之前感知到的道路信息和IMU對汽車航跡的推演，仍然能夠讓汽車繼續(xù)在車道內(nèi)行駛。

此外，GPS更新頻率過低（僅有10Hz）不足以提供足夠?qū)崟r的位置更新，IMU的更新頻率可以達到100Hz或者更高完全能彌補GPS所欠缺的實時性，GPS/IMU組合系統(tǒng)通過高達100Hz頻率的全球定位和慣性更新數(shù)據(jù)，可以幫助自動駕駛完成定位。通過整合GPS與IMU，汽車可以實現(xiàn)既準確又足夠?qū)崟r的位置更新。

未來展望

就像雷達、激光雷達和高性能IMU可以擴展自動駕駛車輛的檢測能力，使其超越人眼所及一樣，全球汽車半導(dǎo)體技術(shù)廠商都在探索當(dāng)今所用這些技術(shù)的未來形態(tài)。想象一下手機發(fā)展的進程您會對未來自主駕駛的技術(shù)進步感到憧憬，1990年代當(dāng)新型手機推出時它可能有更好的電池或更薄的外形，其后智能手機降臨徹底永久地變革并改善了人類的生活。雷達、激光雷達和高性能IMU的演進，這些變革性技術(shù)將是未來高級安全與自動駕駛應(yīng)用快速推進的強大基礎(chǔ)。