1700045468
无人驾驶：人工智能将从颠覆驾驶开始，全面重构人类生活 [:1700043812]
1700045469
无线电检测与测距（雷达）
1700045470
1700045471
除了激光雷达和数码相机，无人驾驶汽车还使用普通雷达（Radar）来识别周围环境。数码相机在像素网格里捕捉场景，激光雷达传感器则类似一罐“数码喷漆”，让原本无形的物体披上“数字化外衣”。然而雷达传感器的工作方式就像往池塘里扔下一块小石子，追随水面漾起的圈圈涟漪跳跃的方向。
1700045472
1700045473
雷达原本应用服务于军事领域，在二战期间，雷达发射塔建在海滩、田地里，用于侦测敌军的飞机、船只和来犯的导弹踪迹。战后，美国把雷达用于航空交通管理，监控和确认商业航班的飞行航线。许多从高速公路警察手里接到过超速罚单的人，也能直观感受到了雷达技术的威力。
1700045474
1700045475
作为摩尔定律的又一力证，雷达传感器体积轻巧、性能稳定，完全可以在快速行进的车顶上正常工作。在现代普通轿车中，雷达传感器一般应用在定速巡航技术方面：通过内置雷达装置感应到车辆周围的其他车辆的速度和位置，定速巡航系统据此调控刹车和油门。雷达传感器另一个常见的应用是驾驶辅助系统：当有车辆靠近司机的视线盲区时，系统会发出警示。
1700045476
1700045477
1700045478
1700045479
1700045480
图8.4 前置雷达的原始目标密度图（左）和车窗前对应的景象（右）。大型静态物体（如停泊的汽车、建筑栏杆、路灯等）都反映在图片上。本图片由基于网格划分的24Ghz雷达传感器生成
1700045481
1700045482
来源：Smartmicro 3DHD
1700045483
1700045484
雷达传感器由发射器和接收器组成，发射器负责向外发射电磁波，而接收器随时准备接收回波。雷达传感器利用电磁波的反射来检测周围环境中物体的出现，先是发射一系列向外辐射的电磁波。如果电磁波在传播路径中没有遇到障碍物，它们会继续呈环装向外扩张，直到最后消失在远处。如果电磁波在传播路径中遇到障碍物，则会发生衍射，绕开障碍物，改变传播方向。由于电磁波的速度等同于光速，因此整个传播过程非常快。
1700045485
1700045486
由于回波的能量比起发射出去的电磁波能量大大衰减，接收器使用了电波放大的技术确保不遗漏那耳语般微弱的回声。为了防止传感器意外接收到附近雷达发射出的电波，每个雷达传感器的电磁波都会拥有独特的签名——编码脉冲技术“啁啾（Chirp）”。回波形状和回波时间都隐含着障碍物的形状、构成材料等信息。一些雷达传感器通过分析回波频率的变化，计算出障碍物移动的方向。
1700045487
1700045488
电磁波的波长是指相邻两个波峰之间的距离，不同的雷达传感器波长不同。电波之间间隔越大——波长越长——传输得越远。长波在传播时更容易绕过环境中的小物品，因此长波监测到的环境图像更粗略。短程雷达传感器向外发射微波，微波能监测到许多细小物品，可以小到猫咪般体型，轻便如自行车一般的物体。另外，电磁波在高导电性的物体表面反射效果最好——例如平整、光滑的表面，闪亮的自行车表面和潮湿的路面。而非导电性物体，比如多孔塑料或木头制品，在雷达看来几乎是“透明的”，很难监测。幸运的是，绝大部分汽车，即便是那些安装了不少塑料配件的汽车，内部也有足够的金属零件，足以使雷达传感器监测到它们。
1700045489
1700045490
一台雷达传感器只能在特定的、狭窄的范围内进行识别。所以大部分传感器都是成排安装，传感范围稍有重叠。无人驾驶汽车有个典型的现象，就是三台雷达传感器必须相邻安装，以便提供180度视觉覆盖效果。
1700045491
1700045492
对于自动驾驶来说，雷达传感器最大的好处是可以穿透浓雾、暴雨、尘土、扬沙，甚至是强烈的顶灯灯光，这一点不同于数码相机。雷达传感器的另一个优点是能轻易穿透非导电性物体和薄型材料，因此不容易受到高速公路上空飞舞的塑料袋或风滚草的干扰。电磁波更能识别大型的物体，因此司机担忧的巨型障碍物容易引起它的注意。相反地，雷达传感器最大的缺点就是其分辨率相对较低。
1700045493
1700045494
雷达传感器还有一个优点，它不仅能检测到物体的位置，还能根据多普勒效应监测到物体的速度。多普勒效应是以19世纪的奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒（Christian Doppler）的名字命名的最常见的物理现象之一。一个人站在高速公路旁，听到疾驰而过的车辆发出轰鸣声，声音的音调随着车辆远去而降低。音调降低是因为高速运转中的汽车引擎产生的声波，当车辆驶近时，声波受到压缩，所以音调升高，当汽车呼啸而过，声波延长，音调降低。
1700045495
1700045496
雷达传感器利用多普勒效应得出物体的速度。通过记录电磁波向外发射和反射回波的频率变化，判断移动中的物体是正在靠近还是渐渐远离，传感器还能计算出物体移动的速度。速度信息能帮助我们分辨该物体究竟是什么。比方说，在公路上每小时30英里的速度飞驰的不太可能是行人。
1700045497
1700045498
在无人驾驶汽车中，雷达监测与视觉传感器在周边环境监测方面的作用相辅相成。通过感应周围物体的大小、疏密、速度和方向，雷达传感器传输的许多信息能与数码相机、三维“点云”生成的图片相互参照。路边静止不动的小东西是只猫还是个硬纸皮盒子。注意，一个大型的“金属盒状物”快要接触我们的尾部了！
1700045499
1700045500
相比以前，今天的雷达监测智能化程度更高。二战期间的雷达在绿色屏幕上呈现原始模拟回声信号，外加一根不停旋转的天线表示目前的扫描方向。现代雷达的传感器类似于先进的数码相机的工作流程——能够预先对原始信息进行处理，列出包含尺寸、地点和速度等内容的目标清单。经过处理的信息更简洁，占用更少的存储空间，对于无人驾驶系统来说更易懂。
1700045501
1700045502
为避免监测的情况过于琐碎，雷达还能尝试着把公路路面上的不必要细节从目标清单中去除，但是沥青路面也和其他物体一样会反射电波，形成干扰。因此，部分雷达传感器会自动去除扫描结果中静态物体的数据记录。虽然从目标清单上屏蔽部分物体能提高效率，同时也带来一定风险。雷达可能把某些巨型、静止的物体，比如停在桥下的一辆熄火的汽车，误认为是桥墩的一部分。
1700045503
1700045504
无人驾驶：人工智能将从颠覆驾驶开始，全面重构人类生活 [:1700043813]
1700045505
超声波传感器（声呐）
1700045506
1700045507
如果把激光雷达和数码相机比作一个人的眼睛，超声波传感器就是人的耳朵。超声传感器可谓雷达的近亲——像雷达一样，发射波形信号，检测回波——不过超声波传感器发射的是超声波，不同于雷达的电磁波。
1700045508
1700045509
超声波传感器根据物体反射回来的时间、频率、声波形状来监测位置和速度。超声波传感器一般分为两个部分：发送器和接收感应器。发送器产生振动频率高于20kHz的机械波，高于人耳能听到的频率范围；接收感应器感应到声波的回声并对其进行处理。
1700045510
1700045511
超声波传感器有着许多与激光雷达、普通雷达相似的优缺点。就优点而言，它与雷达传感器一样都能穿透浓雾、尘土，能在刺眼的阳光下看清物体。声波的传输速度比电磁波慢上许多，这决定了它能以高分辨率来看清细小物体。同时由于声波的能量随着风和距离快速衰减，它只能近距离监测物体。因此，超声波常作为雷达实际应用中的补充，比如停车等近距离的精确检测。
1700045512
1700045513
无人驾驶：人工智能将从颠覆驾驶开始，全面重构人类生活 [:1700043814]
1700045514
全球定位系统（GPS）
1700045515
1700045516
虽然数字地图和各式雷达传感器在无人驾驶方面扮演着极其重要的角色，可是除了这两者意外，还有一项更为关键的技术——GPS全球定位系统。这个系统负责统筹和整合信息，并在高清数字地图上为汽车提供最终的精确定位。
1700045517