中科院：面向智能駕駛的毫米波雷達技術_空天院_黨相衛_對外.pdf

1、面向智能駕駛的毫米波雷達技術微波成像技術國家級重點實驗室中國科學院空天信息創新研究院2023.3.22National Key Laboratory of Microwave Imaging Technology報告內容一、無人駕駛對毫米波雷達的需求分析二、合成孔徑雷達成像技術三、我們在毫米波雷達智能感知方面的探索四、未來展望報告內容一、無人駕駛對毫米波雷達的需求分析二、合成孔徑雷達成像技術三、我們在毫米波雷達智能感知方面的探索四、未來展望需求分析 自動駕駛是當前的研究熱點，行業根據不同傳感器配置分為三個派系 攝像頭派（特斯拉）：秉持仿生原理，配備8顆攝像頭模擬人眼視力，摒棄毫米波雷達 激光雷

2、達派（Waymo）:發揮谷歌資本實力，配置5顆昂貴激光雷達、總體價格昂貴 毫米波雷達派（小鵬）：國內造車新勢力，采用“多顆毫米波雷達+攝像頭”的硬件配置，以示多重冗余（a）特斯拉視覺方案（b）Waymo激光雷達方案（c）小鵬毫米波雷達方案需求分析 全天候、真無人、全場景的自動駕駛還未真正實現 惡劣天氣環境 特殊場景、消防救援、智能礦山（a）惡劣氣候條件（b）特殊應用場景需求分析 單一傳感器難以滿足全場景的要求 毫米波雷達具有全天時、全天候特性是當前感知重要傳感器CameraLiDARRadar信息量信息量距離測量距離測量能力能力速度測量速度測量能力能力角度分辨能力角度分辨能力特征識別能力特征識

3、別能力檢測檢測距離距離視場視場FOV全天候工作全天候工作體積重量體積重量優勢優勢成本成本優勢優勢（a）毫米波雷達（b）相機（c）激光雷達需求分析 傳統3D毫米波多用于L2輔助駕駛 角分辨不足、作用距離有限 點云稀疏且忽略靜態物體 缺乏測高能力 4D毫米波成像雷達全方位提升雷達性能（b）4D毫米波雷達（c）4D毫米波雷達成像結果（a）L2輔助駕駛需求分析 特斯拉HW4.0或將接入4D毫米波雷達 因“幽靈剎車”現象，拋棄了毫米波雷達，提出純視覺方案 HW 4.0硬件系統中，特斯拉配置了一枚高精度4D毫米波雷達，可探測高度，作用與激光雷達類似，但價格更低，并且該毫米波雷達更有利于應對惡劣天氣 特斯拉

4、“重拾”雷達方案也表明，當前純視覺方案還難以滿足安全冗余需求 視覺方案高度依賴于現有的目標模型庫，且容易受到強光等極端環境影響，對白色物體的識別能力也比較弱，會錯誤地把卡車的白色貨廂識別成了天空（a）HW4.0（c）特斯拉事故（b）毫米波雷達需求分析 4D毫米波成像雷達技術途徑 MIMO：級聯、集成芯片、虛擬孔徑 新體制、新技術：合成孔徑 目前4D毫米波雷達還位于發展的早期，還存在諸多問題 技術及工程層面的難題、缺乏國家標準、性價比還不夠高（a）級聯（b）集成芯片（c）虛擬孔徑報告內容一、無人駕駛對毫米波雷達的需求分析二、合成孔徑雷達成像技術三、我們在毫米波智能感知方面的探索四、未來展望合成孔

5、徑雷達概念合成孔徑雷達特點 合成孔徑雷達（SAR）是微波成像對地觀測的主要手段 有一個顯著優勢，就是能夠“穿云破霧”，“黑夜”也能成像 SAR的分辨率不受距離影響 在飛行中多頻次向同一目標區域發射電磁波，采集每次發射信號的回波并進行數據分析合成，達到多個雷達天線等效為一個天線觀測的效果，最終合成一幅影像全天時全天候微型合成孔徑雷達 中科院空天院持續開展微型SAR技術的研究，突破了微型SAR系統體制、成像處理、新工藝等一系列關鍵技術，在微型SAR技術方面取得了一系列研究成果Ka波段微型SAR2008年國內首個ku波段微型SAR研制成功FMCW SAR原理樣機研制成功“極化干涉微型SAR”研制成功

6、，首次完成1:2000比例尺測圖2011年年海洋船載無人機掛飛成功，實現實時成像2012年年國內首個Ka波段微型SAR研制成功2014年年2018年年實時干涉無人機微型SAR首飛成功Ku波段微型SAR，突破了LTCC高密度集成技術基于通用儀器的原理樣機系統2016年年P、L、X波段微型SAR首飛成功2017年年2020年年脈沖體制微型SAR首飛成功，實現實時成像Ku波段脈沖體制微型SAR實時干涉無人機微型SAR成像結果Ku微型SAR影像成像結果大門口的字體和汽車在雷達圖像上可以識別辨認 三維成像技術SAR干涉干涉SARSAR三維三維SARSAR三維SAR是一種微波立體成像技術平面分辨平面分辨高

7、程精度高程精度高程分辨高程分辨微波三維成像技術城區三維重建結果光學圖像Google Earth圖像圖像原始二維雷達圖像重建三維雷達圖像城區三維重建結果基于SAR的雷達建圖 三維雷達成像建立3D高精度雷達地圖基于SAR的雷達建圖 三維雷達成像建立3D高精度雷達地圖（a）科學院大講堂鐵門的三維成像和點云表示（b）同一場景照片報告內容一、無人駕駛對毫米波雷達的需求分析二、合成孔徑雷達成像技術三、我們在毫米波雷達智能感知方面的探索四、未來展望汽車雷達論壇 汽車雷達高端論壇 2018年5月10日，中國科學院電子學研究所主辦了首屆汽車雷達高端論壇，并以此為開端，凝聚企業、高校、研究所等各方力量，逐步打造成

8、具有一定國際影響力的行業高端學術論壇和產學研交流平臺2012年年國內首個Ka波段微型SAR研制成功2019年年2020年年4D毫米波雷達2022年年MIMO體制雷達樣機研制成功2018年年2017年年小型化MIMO雷達系統研制成功機械旋轉式毫米波雷達系統研制成功?；谄嚴走_進行雷達SLAM、超分辨研究基于4D毫米波雷達開展礦山SLAM研究 中科院空天院持續開展微波、4D毫米波技術的研究，突破了4D毫米波雷達系統體制、成像處理等一系列關鍵技術，在4D毫米波技術方面取得了一系列研究成果至今至今持續開展毫米波智能感知研究4D毫米波雷達應用案例 4D毫米波雷達感知技術 利用毫米波全天時、全天候特性，

9、以及雷達數據處理技術，同時借鑒AI、跨模態學習，實現周圍場景的智能感知，得到場景中物體語義級多維信息，從而滿足不同應用需求 應用案例 礦井中基于毫米波雷達的定位與建圖 地下復雜環境的定位與建圖 基于汽車雷達的超分辨SLAM 毫米波雷達目標識別與狀態感知 多傳感器融合SLAM礦井中毫米波雷達SLAM 挑戰性 環境影響：陰暗、潮濕、粉塵、煙霧、水霧 結構相似，出現退化問題（a）結構類似場景（b）黑暗、水霧的礦道環境（c）激光雷達結果礦井中毫米波雷達SLAM 效果展示 基于毫米波雷達的實時定位與建圖（a）試驗場景 效果對比 礦道CAD、激光建圖結果、毫米波雷達建圖結果礦井中毫米波雷達SLAM 針對毫

10、米波點云稀疏的智能點云加密研究(a)雷達SLAM三維建圖結果(b)雷達語義SLAM三維建圖結果礦井中毫米波雷達SLAM復雜環境的定位與建圖 挑戰性 多徑 遠近效應 RCS閃爍多徑干擾(a)(b)(c)RCS閃爍難以匹配（a）多徑示意圖（b）RCS閃爍示意圖復雜環境的定位與建圖 效果分析相對軌跡誤差：1%基于汽車雷達的超分辨SLAM 雷達超分辨算法基于汽車雷達的超分辨SLAM 效果展示基于汽車雷達的超分辨SLAM 定性分析毫米波雷達目標識別與狀態感知 運動目標識別 雷達圖像難以解譯 人體骨架識別（靜態展示）（a）單人效果（b）多人效果毫米波雷達目標識別與狀態感知 非接觸式呼吸心率檢測毫米波雷達生

11、命體征監測多傳感器融合SLAM 毫米波雷達與激光融合SLAM 煙霧雨雪對激光雷達性能影響較大 運動目標的存在會影響定位建圖效果 毫米波雷達全天時、全天候、具有多普勒效應（a）煙霧效果（b）動態效果多傳感器融合SLAM 效果展示（a）運動目標去除效果（b）去除運動目標SLAM效果多傳感器融合SLAM 效果展示（a）點云融合效果（b）多傳感器融合SLAM效果報告內容一、無人駕駛對毫米波雷達的需求分析二、合成孔徑雷達成像技術三、我們在毫米波雷達智能感知方面的探索四、未來展望未來展望 多傳感器融合是必然趨勢 毫米波雷達是實現全天候感知的保障 毫米波雷達智能化處理是一大趨勢 全天候、全場景、真無人自動駕駛一定會實現謝 謝！中國科學院空天信息創新研究院歡迎聯系手機：15901291825（同微信）郵箱：