隨著科技的不斷發(fā)展以及相關(guān)政策的不斷推出，自動駕駛汽車得到了快速的發(fā)展及強(qiáng)有力的保障。但是自動駕駛汽車的發(fā)展始終離不開一個重要的目標(biāo)，那就是保障自身的安全。

隨著科技的不斷發(fā)展以及相關(guān)政策的不斷推出，自動駕駛汽車得到了快速的發(fā)展及強(qiáng)有力的保障。但是自動駕駛汽車的發(fā)展始終離不開一個重要的目標(biāo)，那就是保障自身的安全。

為了確保自動駕駛汽車的安全，即意味著自動駕駛汽車在行駛過程中不會撞到任何人或物，所以在汽車行駛過程中需要知道其周邊物體和車輛本身之間的距離。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，需要提前測量車輛前方障礙物與車輛之間的距離，從而保證自動駕駛汽車的安全性。

現(xiàn)自動駕駛汽車距離估計的方法有多種，它們必須遵循以下原則：

①該方法具有準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性；

②基于不同的硬件和軟件解決方案；

③使用不同工作原理的傳感器；

④在做研究時，先驗假設(shè)要盡可能的少。

自動駕駛汽車實現(xiàn)距離估計的主要方法是使用傳感器（如攝像頭、雷達(dá)等）對車輛周邊物體進(jìn)行距離檢測，從而實現(xiàn)距離估計的目的。其方法有如下幾種：

1．基于毫米波雷達(dá)的距離估計毫米波雷達(dá)在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，最早開始應(yīng)用于自適應(yīng)巡航領(lǐng)域。在英飛凌推出24GHZ單片雷達(dá)方案之后，毫米波雷達(dá)被應(yīng)用到了ADAS的各個模塊中，在全球范圍內(nèi)，毫米波雷達(dá)的出貨量達(dá)到了千萬級。在自動駕駛汽車的距離估計中都使用了毫米波雷達(dá)作為傳感器，來進(jìn)行周邊障礙物的識別和測距等工作。

如今，全球市場范圍內(nèi)的毫米波雷達(dá)份額主要被國外第一梯隊的供應(yīng)商壟斷，如博世、大陸等，而隨著國內(nèi)市場的發(fā)展，像國內(nèi)的華域汽車這樣的供應(yīng)商也都在布局發(fā)力毫米波雷達(dá)。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2018年國內(nèi)毫米波雷達(dá)的市場規(guī)模約為70億，比2017年增長了一倍，而到今年2020年預(yù)計約為240億，到2025年預(yù)計約為320億。

毫米波雷達(dá)，即工作在毫米波波段探測的雷達(dá)，其實質(zhì)是電磁波，波長約為1－10mm，毫米波雷達(dá)通過將毫米波發(fā)射出去，然后接受回波，根據(jù)發(fā)射和接收的時間差來測得前方障礙物的位置和距離。基于毫米波雷達(dá)的距離估計方法，主要以FMCW調(diào)制方法來進(jìn)行測量距離，其原理圖如下所示：

其原理是通過振蕩器來形成連續(xù)變化的信號，對于發(fā)出的信號和接收的信號，它們之間會形成頻率差，而該頻率差值與毫米波的發(fā)射時間和接收時間的差值之間呈線性相關(guān)，只需要測量頻率差，就可以實現(xiàn)車輛與前方物體距離的測量估計。

毫米波雷達(dá)在ADAS上應(yīng)用廣泛，主要用于自動緊急制動（AEB）、前方碰撞預(yù)警（FCW）、主動車道控制（ALC）、盲點監(jiān)測（BSD）、變道輔助（LCA）等，其具有一定的抗干擾能力，易于穿透雨雪天氣，適應(yīng)性較好，可以全天候工作，技術(shù)相對成熟，成本較低等優(yōu)勢。但是也具有分辨率低等不足。毫米波雷達(dá)已經(jīng)成為了自動駕駛汽車距離估計中不可或缺的主力傳感器。

2． 基于激光雷達(dá)的距離估計隨著自動駕駛汽車的不斷演進(jìn)，激光雷達(dá)由于其獨特的3D環(huán)境建模，已經(jīng)成為L3及以上自動駕駛汽車中必不可少的傳感器。從機(jī)械式到混合固態(tài)，再到純固態(tài)激光雷達(dá)，激光雷達(dá)的成本隨著科技的發(fā)展在不斷的降低，正在向小型化、ASIC集成化方向發(fā)展，將是自動駕駛傳感器最核心的部分。激光雷達(dá)的類別如下圖所示：

目前自動駕駛汽車測試車輛多數(shù)為機(jī)械式激光雷達(dá)，但是機(jī)械式激光雷達(dá)的成本高、且生產(chǎn)工藝復(fù)雜，壽命短，很難滿足未來自動駕駛汽車苛刻的要求�；旌瞎虘B(tài)激光雷達(dá)屬于激光雷達(dá)由機(jī)械式向純固態(tài)激光雷達(dá)過渡的中間產(chǎn)品，而固態(tài)激光雷達(dá)主要為MEMS、OPA和3D Flash三類，其調(diào)試可以實現(xiàn)自動化、且不存在機(jī)械式旋轉(zhuǎn)部件，在成本、實用性方面有大幅提升，固態(tài)激光雷達(dá)必將是未來激光雷達(dá)發(fā)展的趨勢。

基于激光雷達(dá)的自動駕駛汽車距離估計，其原理是是以激光作為載波，它是工作在光頻波段的雷達(dá)。其工作原理是向被測物體發(fā)射激光束，然后將接收到的回波與發(fā)射信號進(jìn)行比較，作適當(dāng)處理后，獲得被測物體的有關(guān)信息，如被測物體的距離、方位等信息。

上圖所示激光雷達(dá)為利用反射信號的折返時間計算距離，也有的激光雷達(dá)通過連續(xù)波調(diào)頻（CWFM）的方法來進(jìn)行距離估計。

激光雷達(dá)主要用于獲取景深信息、障礙物檢測、目標(biāo)識別等，其主要優(yōu)點是可以多周邊物體進(jìn)行3D建模，來形成高清圖像，方便計算機(jī)進(jìn)行處理和識別，還兼具方向性好、無電磁干擾、獲取信息量全面以及探測精確等優(yōu)點，但是容易受環(huán)境影響、不良天氣下精度下降難以識別障礙物、且成本較高。

3．基于攝像頭的距離估計在自動駕駛汽車距離估計中，攝像頭起著至關(guān)重要的作用，被稱為自動駕駛的眼睛。攝像頭技術(shù)最為成熟，在車輛上的應(yīng)用最早，作為ADAS階段主要的視覺傳感器，包括單目攝像頭、雙目攝像頭等。

攝像頭具有獨特的視覺影像功能，可以利用多個攝像頭來對周邊環(huán)境進(jìn)行合成，還可以識別交通標(biāo)志、行人等，可以作為其他傳感器的冗余設(shè)備，提高自動駕駛汽車距離估計的準(zhǔn)確性和安全性。攝像頭主要由鏡頭采集圖像，然后再由內(nèi)部感光部件等將圖像處理為數(shù)字信號，從而達(dá)到感知周邊物體和行人的目的。它主要包括兩種測量方法。 

① 利用已知大小的物體進(jìn)行距離估計通過已知的攝像頭的大小和焦距，可以計算出物體之間的距離。

根據(jù)上圖，已知y ，f，再根據(jù)相似三角形定理即可測出前方車輛的寬度和與攝像頭之間的距離，從而達(dá)到利用攝像頭測量前方車輛距離的目的。 ② 利用地平面進(jìn)行距離估計將攝像頭固定在車輛上，利用地平面進(jìn)行距離估計。

已知攝像頭的高度H 以及f ，路面的幾何形狀，便可以利用相似三角形定理測出物體之間的距離z。

攝像機(jī)由于其探測角度廣、獲取信息豐富、角度測量精確等優(yōu)勢廣泛用于車輛及周邊物體的距離估計、障礙物識別、車道線識別與跟蹤、駕駛員狀態(tài)監(jiān)測等。但是其由于計算量大，對硬件的要求也高，導(dǎo)致系統(tǒng)的實時性較差，容易受環(huán)境、氣候等方面的影響，從而導(dǎo)致無法獲得深度信息。

4． 基于超聲波傳感器的距離估計自動駕駛汽車距離估計是使用傳感器來進(jìn)行測距和目標(biāo)識別，超聲波傳感器作為車輛的主要傳感器之一也得到了發(fā)展。超聲波傳感器主要應(yīng)用于近距離的障礙物檢測。

超聲波傳感器的工作原理是基于聲波的傳播方法，遵循同樣的飛行時間的原則。并且其非常簡單、便宜，體積小、重量輕、功耗低，可以工作在不同的條件下，環(huán)境適應(yīng)性好。但是由于聲速慢，導(dǎo)致FSP速率有限，僅適用于近距離工作，最遠(yuǎn)距離15米，其可靠性會隨著車輛速度的增加而降低。

5．基于紅外傳感器的距離估計紅外傳感器作為車載傳感器之一，在自動駕駛汽車距離估計也起到了一定的作用，它方面主要用于紅外成像、紅外夜視、障礙物探測等。

紅外傳感器主要具有快速數(shù)據(jù)處理、能夠較為準(zhǔn)確的識別到生物的優(yōu)點，并且相比于其他傳感器成本較低。但是其也具有方向性差、徑向運(yùn)動辨別力低、作用距離短等缺點。

6．多傳感器融合發(fā)展的距離估計目前各個傳感器都各自有其優(yōu)缺點，隨著自動駕駛進(jìn)程的提速，單一傳感器無法勝任自動駕駛技術(shù)對距離估計的嚴(yán)格要求，多傳感器的融合發(fā)展必將成為未來車載傳感器的發(fā)展趨勢�，F(xiàn)階段各大廠商也都在積極布局，以最合理的方案來適應(yīng)自動駕駛的潮流。

激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭、超聲波雷達(dá)等傳感器的融合使用，可以充分結(jié)合各自的優(yōu)點，發(fā)揮各自的特長，達(dá)到最優(yōu)的效果。以最近較熱的特斯拉為例，其L2

Autopilot2．0方案中就搭載了超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等傳感器，主要應(yīng)用于高速公路和更擁堵的路面，可以根據(jù)交通情況調(diào)整車速，保持在車道內(nèi)行駛，自動變換車道，從一條高速公路切換到另一條高速公路。又如知名豪車奧迪發(fā)布的A8 AI ，更是搭載了多種傳感器，包括四線激光雷達(dá)1個，超聲波雷達(dá)12個，廣角360度攝像頭4個，前向攝像頭1個，紅外夜視攝像頭1個和長、中距離毫米波雷達(dá)共5個，可見其綜合了多種傳感器的優(yōu)勢，極大的提升了該車自動駕駛的性能。

綜上，隨著自動駕駛汽車的迅速發(fā)展，ADAS在量產(chǎn)車市場的快速滲透，由于自動駕駛距離估計主要依靠車載傳感器，故車載傳感器市場的未來前景可觀。不同的傳感器的側(cè)重功能有所不同，各有優(yōu)點但也兼具不足。在自動駕駛汽車上同時搭載多種傳感器，結(jié)合各自優(yōu)點進(jìn)行互補(bǔ)，必將成為未來的發(fā)展趨勢。而自動駕駛汽車進(jìn)行距離估計也離不開多傳感器的融合發(fā)展。所以，未來自動駕駛汽車多傳感器融合發(fā)展將是大勢所趨，自動駕駛汽車的距離估計將會更加精確，車輛的安全性能將會得到更進(jìn)一步的提升。

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