車(chē)載雷達(dá)目前主要使用的是超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)。

超聲波雷達(dá)利用超聲波進(jìn)行測(cè)距，通過(guò)計(jì)算發(fā)射和接收信號(hào)的時(shí)間差來(lái)獲取周?chē)矬w的位置信息。超聲波雷達(dá)的特點(diǎn)是體積小、成本低、抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)。

超聲波是一種機(jī)械波，他的穿透力強(qiáng)，但是由于超聲波傳輸?shù)?strong>速度比較慢，所以不適合探測(cè)遠(yuǎn)距離的移動(dòng)物體，通常探測(cè)范圍在3米以?xún)?nèi)，因此超聲波雷達(dá)適合近距離固定物體的檢測(cè)，比如倒車(chē)?yán)走_(dá)系統(tǒng)。

與超聲波雷達(dá)不同，毫米波雷達(dá)是利用波長(zhǎng)在1-10mm，頻率在30-200GHz的電磁波進(jìn)行檢測(cè)，由于電磁波的傳輸速度很快，通過(guò)接收并分析被測(cè)物體表面反射的毫米波，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)測(cè)距和測(cè)速功能，探測(cè)距離可以達(dá)到200m，因此毫米波雷達(dá)適合中遠(yuǎn)距離的移動(dòng)物體測(cè)量。

此外，在傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)一步拓展，提高了探測(cè)精度的同時(shí)又增加了通過(guò)測(cè)量俯仰角來(lái)探測(cè)高度信息的功能，這就是4D毫米波雷達(dá)。

毫米波雷達(dá)可用于自適應(yīng)巡航ACC、前方碰撞預(yù)警FCW、后方橫穿預(yù)警RCTA、停車(chē)輔助和主動(dòng)剎車(chē)等系統(tǒng)。

激光雷達(dá)利用激光作為檢測(cè)媒介，激光實(shí)際上也是一種電磁波。那么激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)有什么區(qū)別，激光雷達(dá)未來(lái)會(huì)取代毫米波雷達(dá)嗎？

我們需要先了解下激光雷達(dá)的原理和特性。

1.激光雷達(dá)的概念

激光雷達(dá)是采用激光進(jìn)行測(cè)距，通過(guò)發(fā)射和接收被物體反射的激光，實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的探測(cè)。激光雷達(dá)與超聲波雷達(dá)的傳輸媒介不同，1個(gè)是毫米波，1個(gè)是激光。所以激光的特性也就決定了兩種雷達(dá)的差異。

2.激光的特性

激光的方向性很好，普通光源（太陽(yáng)、白熾燈或熒光燈）會(huì)向四面八方發(fā)光，毫米波雷達(dá)以電磁發(fā)射為主，發(fā)射的電磁波是一個(gè)錐狀的波束，而激光是以光粒子發(fā)射為主，發(fā)光方向可以限制在小于幾個(gè)毫弧度立體角內(nèi)，每200km擴(kuò)散直徑小于1米，所以在車(chē)載激光雷達(dá)的使用范圍內(nèi)可以認(rèn)為是一條直線。

激光雷達(dá)的這種直線發(fā)射模式提供了更高的探測(cè)精度和更廣的探測(cè)范圍，因此在精確度方面優(yōu)于毫米波雷達(dá)。

3.激光雷達(dá)的波長(zhǎng)

激光是由于物質(zhì)內(nèi)部的粒子受到外部能量激發(fā)，內(nèi)部粒子產(chǎn)生躍遷，將能量以光子形式釋放出來(lái)而產(chǎn)生的。所以理論上，激光的波長(zhǎng)可以涵蓋包括遠(yuǎn)紅外、紅外、可見(jiàn)光、紫外直到遠(yuǎn)紫外等不同波長(zhǎng)的電磁波。

但是很多波長(zhǎng)對(duì)人眼是有害的，比如可見(jiàn)光（波長(zhǎng)380nm-780nm）中的藍(lán)光（415-555nm）對(duì)視網(wǎng)膜的傷害就比較大。

為了避免對(duì)人眼的傷害，激光雷達(dá)選用的激光波長(zhǎng)主要有兩種，一個(gè)是1000納米以?xún)?nèi)的，典型值是905nm，可以用硅做接收器，成本低且產(chǎn)品成熟。

還有一種是1000到2000納米之間的，典型值是1550nm，這個(gè)波段硅沒(méi)有辦法探測(cè)，需要用鍺或者銦鎵砷探測(cè)器，成本會(huì)更高些，但1550nm對(duì)人眼的安全閾值也更高，這樣可以發(fā)射更高的激光功率以達(dá)到更高的測(cè)距靈敏度。

4.激光雷達(dá)的探測(cè)原理

激光雷達(dá)的測(cè)距方式主要分為飛行時(shí)間法ToF（Time of Flight，）與調(diào)頻連續(xù)波FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）法兩類(lèi)。

4.1 ToF

在ToF方法中，激光器在短時(shí)間間隔內(nèi)一個(gè)接一個(gè)地發(fā)射多個(gè)激光脈沖。

ToF發(fā)射脈沖

激光脈沖打到物體后返回，探測(cè)器檢測(cè)到回波后，內(nèi)部處理單元計(jì)算發(fā)送和接收之間時(shí)間差，并基于公式：距離=光速x時(shí)間差來(lái)計(jì)算激光雷達(dá)與被測(cè)物體之間距離。

激光測(cè)距原理框圖

ToF激光雷達(dá)原理為：一束脈沖光由激光器發(fā)出，被物體表面反射后，由接收端的探測(cè)器接收，通過(guò)提取脈沖光從發(fā)射到接收的時(shí)間差τ，計(jì)算得到物體的距離r為：

公式中的C表示光速

ToF方法測(cè)試的光源一般為波長(zhǎng)905nm或者940nm的脈沖光。

ToF激光雷達(dá)原理示意圖

4.2 FMCW

和ToF激光雷達(dá)方案的光源不同的是，F(xiàn)MCW采用的激光是頻率連續(xù)且周期性變化的。

FMCW激光雷達(dá)常用的調(diào)頻方式有三角波形式、鋸齒波形式和正弦波三種形式。

三角波、鋸齒波和正弦波

下圖是采用三角波掃頻格式的FMCW激光雷達(dá)測(cè)量物體的示意圖。

三角波雷達(dá)原理示意圖

FMCW激光雷達(dá)探測(cè)的原理為：頻率隨時(shí)間線性變化的激光被分成兩路，一路作為探測(cè)光，另一路為本振光。探測(cè)光被物體表面反射，并且被接收后與本振光混合相干，得到拍頻（頻率差）信號(hào)光，物體的距離r和拍頻信號(hào)光的頻率fb之間有以下關(guān)系：

c為光速，γ為激光頻率隨時(shí)間變化的斜率

而通過(guò)相干檢測(cè)的方式，測(cè)量回波信號(hào)與本振光之間由距離延時(shí)引入的調(diào)制頻率差和相對(duì)速度引入的多普勒頻率差，可以求出被測(cè)物體的距離與速度。

FMCW激光雷達(dá)可以根據(jù)測(cè)量目的不同，選擇不同的調(diào)制方式。比如與被測(cè)物體之間多普勒效應(yīng)可以忽略的場(chǎng)景，可以選用鋸齒波調(diào)制方式，從而實(shí)現(xiàn)更大的探測(cè)距離。而如果想要實(shí)現(xiàn)同時(shí)測(cè)距和測(cè)速，且更容易解調(diào)出多普勒頻移，三角波調(diào)制方式是個(gè)不錯(cuò)的選擇，三角波調(diào)制方式也是車(chē)載FMCW激光雷達(dá)最常使用的方式。

FMCW利用的是一個(gè)很窄頻的激光器，頻率在100kHz量級(jí)，相當(dāng)于在百萬(wàn)分之一納米的光譜上做混頻，其他跟這個(gè)頻率不符合的信號(hào)都會(huì)被過(guò)濾掉，所以FMCW的抗干擾能力很強(qiáng)。此外，F(xiàn)MCW的測(cè)量延時(shí)小，測(cè)量的速度快。

1550nm的發(fā)射要用光纖激光器，其光束發(fā)散角更小，光斑密度極高，這個(gè)特點(diǎn)也使它更容易實(shí)現(xiàn)FMCW。不過(guò)FMCW激光雷達(dá)的整體技術(shù)難度比較大，成本也很高。

4.3 ToF與FMCW的對(duì)比

由于ToF方法主要用于905或940nm，而FMCW的方法主要用于1550nm,所以?xún)煞N激光雷達(dá)的差異也與兩種波長(zhǎng)的差異有關(guān)。

1550nm容易被液態(tài)水吸收，對(duì)人眼的影響更小，安全性更高。由于安全性高，它可以發(fā)射更大的功率的激光，所以探測(cè)的距離更遠(yuǎn)。

1550nm的特性也并不都是優(yōu)點(diǎn)，也有一些缺點(diǎn)，比如容易被液態(tài)水吸收的特性，當(dāng)?shù)孛?/span>車(chē)道線上有水時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其探測(cè)能力下降，在雨雪天時(shí)甚至無(wú)法正常工作。

此外，1550nm的激光發(fā)射和接收系統(tǒng)的材料（銦鎵砷）更貴，使用光纖發(fā)射器的功耗高、散熱要求高、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜，故障率也相對(duì)更高，這些都導(dǎo)致它的成本比較高。

而905nm激光器發(fā)展比較早，在消費(fèi)電子、工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域已被大量充分驗(yàn)證。其相關(guān)配套設(shè)備、供應(yīng)鏈成熟完善，價(jià)格也更便宜。

905nm的激光在空氣中更穩(wěn)定，不易受到液態(tài)水的影響，安全性方面，只要把功率控制在安全范圍內(nèi)，也不會(huì)對(duì)人眼造成傷害。雖然探測(cè)距離不如1550nm,但對(duì)于大多數(shù)的車(chē)載應(yīng)用場(chǎng)景而言，也已能夠滿(mǎn)足需求。

ToF與FMCW對(duì)比

5.激光雷達(dá)與4D毫米波雷達(dá)的區(qū)別

激光雷達(dá)根據(jù)激光束數(shù)量的不同，可分為4、8、16 、32、64 、128線等多線激光雷達(dá)。多線在雷達(dá)上就是指在垂直方向上具有多個(gè)發(fā)射器和接收器，線數(shù)越多，物體表面輪廓越完善，當(dāng)然需要處理的數(shù)據(jù)量越大，對(duì)硬件和軟件的要求也越高。

傳統(tǒng)的3D毫米波雷達(dá)性能與激光雷達(dá)差距較大，而4D毫米波雷達(dá)增加了精度和高度識(shí)別后，已經(jīng)大大縮小的這種差距。

雷達(dá)的點(diǎn)云?是由雷達(dá)掃描得到的空間點(diǎn)的數(shù)據(jù)集，每個(gè)點(diǎn)包含了三維坐標(biāo)信息，點(diǎn)云數(shù)量越多，對(duì)物體的識(shí)別精度越高。

受限于兩者探測(cè)原理不同，4D成像毫米波雷達(dá)在點(diǎn)云密度指標(biāo)上還無(wú)法與激光雷達(dá)相比，4D成像毫米波雷達(dá)的點(diǎn)云密度基本與32線激光雷達(dá)相當(dāng)，與目前主流的百線以上激光雷達(dá)差距較大。

另外毫米波雷達(dá)對(duì)非金屬的物體檢測(cè)靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于金屬物體，導(dǎo)致其在人車(chē)混合的復(fù)雜場(chǎng)景下對(duì)行人的探測(cè)效果不理想，遠(yuǎn)距離探測(cè)時(shí)尤其明顯，可能無(wú)法精確識(shí)別行人?。

但是毫米波雷達(dá)在測(cè)速、穿透性、環(huán)境適應(yīng)性等方面有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。

比如，毫米波雷達(dá)可以利用穿透性好的特點(diǎn)，透過(guò)前方障礙物探測(cè)到前前方目標(biāo)，如果前前車(chē)剎車(chē)，毫米波雷達(dá)能夠探測(cè)到前前車(chē)剎車(chē)動(dòng)作，并提前做出預(yù)判，避免追尾。而激光雷達(dá)則無(wú)法穿透。

毫米波雷達(dá)可探測(cè)到前前車(chē)

另外，激光雷達(dá)發(fā)射的電磁波是一條直線，主要以光粒子發(fā)射為主要方法，而毫米波雷達(dá)發(fā)射出去的電磁波是一個(gè)錐狀的波束，這個(gè)波段的天線主要以電磁輻射為主。因此在有一些狹窄場(chǎng)景，毫米波雷達(dá)電磁波可以通過(guò)衍射、折射等，檢測(cè)到激光雷達(dá)無(wú)法檢測(cè)的區(qū)域。

激光雷達(dá)雖然分辨率高，但是由于穿透力弱，受天氣影響大。毫米波雷達(dá)雖然探測(cè)精度較低，但是由于穿透力強(qiáng)，不受天氣影響。

4D毫米波雷達(dá)與激光雷達(dá)的主要區(qū)別

因此，在實(shí)際的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，可以充分結(jié)合兩者的特點(diǎn)，通過(guò)互補(bǔ)和冗余，取長(zhǎng)補(bǔ)短，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。比如激光雷達(dá)可以提供高精度的3D空間感知，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛對(duì)周?chē)?strong>環(huán)境的精確理解。毫米波雷達(dá)可以提供遠(yuǎn)距離感知和探測(cè)，幫助車(chē)輛做出準(zhǔn)確的決策和規(guī)劃路徑。

6.小結(jié)

激光雷達(dá)在探測(cè)距離、分辨率、受到環(huán)境光和電磁干擾影響等方面均具有優(yōu)勢(shì)。它的主要缺點(diǎn)是受雨雪天氣影響，技術(shù)還不夠成熟，成本高。

4D毫米波雷達(dá)技術(shù)較為成熟，價(jià)格相對(duì)低廉，在測(cè)速、穿透性、天氣適應(yīng)性等方面有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。它的缺點(diǎn)是識(shí)別精度較低，無(wú)法辨別物體的細(xì)節(jié)，因此無(wú)法進(jìn)行精準(zhǔn)的建模，探測(cè)距離也受到制約，無(wú)法感知行人。

激光雷達(dá)雖然整體性能指標(biāo)更好，但是4D毫米波雷達(dá)在汽車(chē)應(yīng)用中更具有成本優(yōu)勢(shì)。激光雷達(dá)還無(wú)法取代4D毫米波雷達(dá)，兩者在具體特性和應(yīng)用場(chǎng)景上各有優(yōu)劣，毫米波雷達(dá)更適合ACC、AEB系統(tǒng)；激光雷達(dá)更適合行人緊急制動(dòng)輔助、地圖等應(yīng)用。

毫米波雷達(dá)具有檢測(cè)小目標(biāo)、分辨細(xì)節(jié)和穿透性強(qiáng)的特點(diǎn)。目前，傳統(tǒng)的毫米波雷達(dá)逐漸向4D演化，增加了高度維度的測(cè)量，具有高分辨率點(diǎn)云、AI目標(biāo)識(shí)別和輔助高精定位的特點(diǎn)，點(diǎn)云質(zhì)量相當(dāng)于 64 線激光雷達(dá)，但成本僅為激光雷達(dá)的 1/10。知名研究機(jī)構(gòu)Yole預(yù)測(cè)全球4D毫米波雷達(dá)的市場(chǎng)規(guī)模在2027年有望達(dá)到35億美元。至2025年，中國(guó)車(chē)載4D毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模在悲觀、中性、樂(lè)觀情況下有望分別達(dá)到1.9億美元、3.6億美元和5.4億美元。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，相比于去年統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)4D毫米波雷達(dá)生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)數(shù)量可以說(shuō)是暴增，國(guó)內(nèi)已超過(guò)20家本土企業(yè)，眼下4D毫米波雷達(dá)賽道已非常擁擠。毫米波雷達(dá)也在朝著高集成、高分辨率發(fā)展，成像毫米波雷達(dá)成為各雷達(dá)廠商的下一步角逐點(diǎn)。

5G通訊技術(shù)

移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的新發(fā)動(dòng)機(jī)---5G

“5G”一詞通常用于指代第 5 代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。5G 是繼之前的標(biāo)準(zhǔn)（1G、2G、3G、4G 網(wǎng)絡(luò)）之后的最新全球無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，并為數(shù)據(jù)密集型應(yīng)用提供更高的帶寬。除其他好處外，5G 有助于建立一個(gè)新的、更強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)能夠支持通常被稱(chēng)為 IoT 或“物聯(lián)網(wǎng)”的設(shè)備爆炸式增長(zhǎng)的連接——該網(wǎng)絡(luò)不僅可以連接人們通常使用的端點(diǎn)，還可以連接一系列新設(shè)備，包括各種家用物品和機(jī)器。公認(rèn)的5G的優(yōu)勢(shì)是：

?具有更高可用性和容量的更可靠的網(wǎng)絡(luò)

?更高的峰值數(shù)據(jù)速度（多 Gbps）

?超低延遲

與前幾代網(wǎng)絡(luò)不同，5G 網(wǎng)絡(luò)利用在 26 GHz 至 40 GHz 范圍內(nèi)運(yùn)行的高頻波長(zhǎng)（通常稱(chēng)為毫米波）。由于干擾建筑物、樹(shù)木甚至雨等物體，在這些高頻下會(huì)遇到傳輸損耗，因此需要更高功率和更高效的電源。5G部署最初可能會(huì)以增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶應(yīng)用為中心，滿(mǎn)足以人為中心的多媒體內(nèi)容、服務(wù)和數(shù)據(jù)接入需求。增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶用例將包括全新的應(yīng)用領(lǐng)域、性能提升的需求和日益無(wú)縫的用戶(hù)體驗(yàn)，超越現(xiàn)有移動(dòng)寬帶應(yīng)用所支持的水平。

毫米波是5G的關(guān)鍵技術(shù)

毫米波通信是未來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信重要發(fā)展方向之一，目前已經(jīng)在大規(guī)模天線技術(shù)、低比特量化ADC、低復(fù)雜度信道估計(jì)技術(shù)、功放非線性失真等關(guān)鍵技術(shù)上有了明顯研究進(jìn)展。但是隨著新一代無(wú)線通信對(duì)無(wú)線寬帶通信網(wǎng)絡(luò)提出新的長(zhǎng)距離、高移動(dòng)、更大傳輸速率的特殊應(yīng)用場(chǎng)景的需求，針對(duì)毫米波無(wú)線通信的理論研究與系統(tǒng)設(shè)計(jì)面臨重大挑戰(zhàn)，開(kāi)展面向長(zhǎng)距離、高移動(dòng)毫米波無(wú)線寬帶系統(tǒng)的基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究，已經(jīng)成為新一代寬帶移動(dòng)通信最具潛力的研究方向之一。

毫米波的優(yōu)勢(shì)：毫米波由于其頻率高、波長(zhǎng)短，具有如下特點(diǎn)：

頻譜寬，配合各種多址復(fù)用技術(shù)的使用可以極大提升信道容量，適用于高速多媒體傳輸業(yè)務(wù)；可靠性高，較高的頻率使其受干擾很少，能較好抵抗雨水天氣的影響，提供穩(wěn)定的傳輸信道；方向性好，毫米波受空氣中各種懸浮顆粒物的吸收較大，使得傳輸波束較窄，增大了竊聽(tīng)難度，適合短距離點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信；波長(zhǎng)極短，所需的天線尺寸很小，易于在較小的空間內(nèi)集成大規(guī)模天線陣。毫米波的缺點(diǎn)：毫米波也有一個(gè)主要缺點(diǎn)，那就是不容易穿過(guò)建筑物或者障礙物，并且可以被葉子和雨水吸收。這也是為什么5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)采用小基站的方式來(lái)加強(qiáng)傳統(tǒng)的蜂窩塔。

5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)

5G網(wǎng)絡(luò)（5G Network）是第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，其峰值理論傳輸速度可達(dá)20Gbps，合2.5GB每秒，比4G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度快10倍以上。舉例來(lái)說(shuō)，一部1G的電影可在4秒之內(nèi)下載完成。隨著5G技術(shù)的誕生，用智能終端分享3D電影、游戲以及超高畫(huà)質(zhì)（UHD）節(jié)目的時(shí)代正向我們走來(lái)。

(一)5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)傳輸速度快：5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是當(dāng)前世界上最先進(jìn)的一種網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)之一。相比于被普遍應(yīng)用的4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)來(lái)講，5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在傳輸速度上有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)，在傳輸速度上的提高在實(shí)際應(yīng)用中十分具有優(yōu)勢(shì)，傳輸速度的提高是一個(gè)高度的體現(xiàn)，是一個(gè)進(jìn)步的體現(xiàn)。5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用在文件的傳輸過(guò)程中，傳輸速度的提高會(huì)大大縮短傳輸過(guò)程所需要的時(shí)間，對(duì)于工作效率的提高具有非常重要的作用。所以5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用在當(dāng)今的社會(huì)發(fā)展中會(huì)大大提高社會(huì)進(jìn)步發(fā)展的速度，有助于人類(lèi)社會(huì)的快速發(fā)展。

(二)5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性：5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)不僅做到了在傳輸速度上的提高，在傳輸?shù)姆€(wěn)定性上也有突出的進(jìn)步。5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)應(yīng)用在不同的場(chǎng)景中都能進(jìn)行很穩(wěn)定的傳輸，能夠適應(yīng)多種復(fù)雜的場(chǎng)景。所以5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中非常實(shí)用，傳輸穩(wěn)定性的提高使工作的難度降低，工作人員在使用5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行工作時(shí)，由于5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的傳輸能力具有較高的穩(wěn)定性，因此不會(huì)因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境的場(chǎng)景復(fù)雜而造成傳輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者傳輸不穩(wěn)定的情況，會(huì)大大提高工作人員的工作效率。

(三)5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的高頻傳輸技術(shù)：高頻傳輸技術(shù)是5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的核心技術(shù)，高頻傳輸技術(shù)正在被多個(gè)國(guó)家同時(shí)進(jìn)行研究。低頻傳輸?shù)馁Y源越來(lái)越緊張，而5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的運(yùn)行使用需要更大的頻率帶寬，低頻傳輸技術(shù)已經(jīng)滿(mǎn)足不了5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的工作需求，所以要更加積極主動(dòng)的去探索去開(kāi)發(fā)。高頻傳輸技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的應(yīng)用中起到了不可忽視的作用。

5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

（1）高速傳輸數(shù)據(jù)。現(xiàn)如今，4G網(wǎng)絡(luò)通信在人們的日常生活與工作中已經(jīng)得到普及應(yīng)用，5G網(wǎng)絡(luò)通信以此為基礎(chǔ)提高傳輸數(shù)據(jù)的效率，傳輸速度達(dá)到3.6G/s，不僅節(jié)省大量空間，還能提高網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)的安全性。當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)還在不斷發(fā)展，不久的將來(lái)數(shù)據(jù)傳輸速率會(huì)大于10G/s，遠(yuǎn)程控制應(yīng)用在這樣的前提下會(huì)廣泛普及于人們的生活。另外，5G網(wǎng)絡(luò)通信延時(shí)較短，約1ms，能滿(mǎn)足有較高精度要求的遠(yuǎn)程控制的實(shí)際應(yīng)用，例如車(chē)輛自動(dòng)駕駛、電子醫(yī)療等等，通過(guò)更短的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)進(jìn)一步提高5G網(wǎng)絡(luò)通信遠(yuǎn)程控制應(yīng)用的安全性，不斷完善各項(xiàng)功能。

（2）強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)兼容。對(duì)于不同的網(wǎng)絡(luò)，兼容性一直是其發(fā)展環(huán)節(jié)共同面對(duì)的問(wèn)題，只有解決好這一問(wèn)題，就能在市場(chǎng)上大大提高對(duì)應(yīng)技術(shù)的占有率。只是當(dāng)下的情況表明還沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)有良好兼容性，即便有也存在較為嚴(yán)重的局限性。然而5G網(wǎng)絡(luò)通信最顯著的一個(gè)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)就是兼容性強(qiáng)大，能在網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用及發(fā)展中滿(mǎn)足不同設(shè)備的正常使用，同時(shí)有效融合類(lèi)型不同、階段不同的網(wǎng)絡(luò)，大大增加應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)通信的人群，在不同階段實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的兼容，大大降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)費(fèi)用，節(jié)約成本，獲取最大化的經(jīng)濟(jì)效益。

（3）協(xié)調(diào)合理規(guī)劃。移動(dòng)市場(chǎng)正在高速發(fā)展，市場(chǎng)中有多種通信系統(tǒng)，5G網(wǎng)絡(luò)通信想要在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立足，就務(wù)必要協(xié)調(diào)合理規(guī)劃多種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，協(xié)同管理多制式網(wǎng)絡(luò)，在不同環(huán)境里讓用戶(hù)獲得優(yōu)質(zhì)服務(wù)和體驗(yàn)。盡管5G網(wǎng)絡(luò)通信具有3G和4G等通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，但要實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)作，才能最大限度發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)通信的優(yōu)勢(shì)，所以在應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)通信的過(guò)程中，利用中央資源管理器促進(jìn)用戶(hù)和數(shù)據(jù)的解耦，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置，完成均衡負(fù)載的目標(biāo)。

（4）滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需求。網(wǎng)絡(luò)通信的應(yīng)用及發(fā)展的根本目標(biāo)始終是滿(mǎn)足用戶(hù)需求，從2G時(shí)代到4G時(shí)代，人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)通信的需求越來(lái)越多元化，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)也在各方面有所完善，應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)通信勢(shì)必也要滿(mǎn)足用戶(hù)需求，優(yōu)化用戶(hù)體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)死角、全方位的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，無(wú)論用戶(hù)位于何處都可以享受優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，并且不管是偏遠(yuǎn)地區(qū)還是城市都能確保網(wǎng)絡(luò)通信性能的穩(wěn)定性。在今后的應(yīng)用及發(fā)展中，5G網(wǎng)絡(luò)通信最重要的目標(biāo)之一就是不受地域和流量等因素的影響，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)的穩(wěn)定性和獨(dú)立性。

毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)，是工作在毫米波波段（millimeter wave ）探測(cè)的雷達(dá)。通常毫米波是指30～300GHz頻域(波長(zhǎng)為1～10mm)的。毫米波的波長(zhǎng)介于微波和厘米波之間，因此毫米波雷達(dá)兼有微波雷達(dá)和光電雷達(dá)的一些優(yōu)點(diǎn)。同厘米波導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。與紅外、激光、電視等光學(xué)導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候(大雨天除外)全天時(shí)的特點(diǎn)。另外，毫米波導(dǎo)引頭的抗干擾、反隱身能力也優(yōu)于其他微波導(dǎo)引頭 。毫米波雷達(dá)能分辨識(shí)別很小的目標(biāo)，而且能同時(shí)識(shí)別多個(gè)目標(biāo)；具有成像能力，體積小、機(jī)動(dòng)性和隱蔽性好，在戰(zhàn)場(chǎng)上生存能力強(qiáng)。毫米波雷達(dá)工作在毫米波段。通常毫米波是指30～300GHz頻段(波長(zhǎng)為1～10mm)。毫米波的波長(zhǎng)介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)。同厘米波導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。與紅外、激光、電視等光學(xué)導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候(大雨天除外)全天時(shí)的特點(diǎn)。另外，毫米波導(dǎo)引頭的抗干擾、反隱身能力也優(yōu)于其他微波導(dǎo)引頭 。

毫米波雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)

優(yōu)勢(shì)：光波在大氣中傳播衰減嚴(yán)重，器件加工精度要求高。毫米波與光波相比，它們利用大氣窗口（毫米波與亞毫米波在大氣中傳播時(shí)，由于氣體分子諧振吸收所致的某些衰減為極小值的頻率）傳播時(shí)的衰減小，受自然光和熱輻射源影響小。為此，它們?cè)谕ㄐ拧⒗走_(dá)、制導(dǎo)、遙感技術(shù)、射電天文學(xué)和波譜學(xué)方面都有重大的意義。利用大氣窗口的毫米波頻率可實(shí)現(xiàn)大容量的衛(wèi)星-地面通信或地面中繼通信。利用毫米波天線的窄波束和低旁瓣性能可實(shí)現(xiàn)低仰角精密跟蹤雷達(dá)和成像雷達(dá)。在遠(yuǎn)程導(dǎo)彈或航天器重返大氣層時(shí)，需采用能順利穿透等離子體的毫米波實(shí)現(xiàn)通信和制導(dǎo)。高分辨率的毫米波輻射計(jì)適用于氣象參數(shù)的遙感。用毫米波和亞毫米波的射電天文望遠(yuǎn)鏡探測(cè)宇宙空間的輻射波譜可以推斷星際物質(zhì)的成分。優(yōu)勢(shì)主要有以下幾點(diǎn)：

（1）小天線口徑、窄波束：高跟蹤和引導(dǎo)精度；易于進(jìn)行低仰角跟蹤，抗地面多徑和雜波干擾；對(duì)近空目標(biāo)具有高橫向分辨力；對(duì)區(qū)域成像和目標(biāo)監(jiān)視具備高角分辨力；窄波束的高抗干擾性能；高天線增益；容易檢測(cè)小目標(biāo)，包括電力線、電桿和彈丸等。

（2）大帶寬：具有高信息速率，容易采用窄脈沖或?qū)拵д{(diào)頻信號(hào)獲得目標(biāo)的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)特征；具有寬的擴(kuò)譜能力，減少多徑、雜波并增強(qiáng)抗干擾能力；相鄰頻率的雷達(dá)或毫米波識(shí)別器工作，易克服相互干擾；高距離分辨力，易得到精確的目標(biāo)跟蹤和識(shí)別能力。

（3）高多普勒頻率：慢目標(biāo)和振動(dòng)目標(biāo)的良好檢測(cè)和識(shí)別能力；易于利用目標(biāo)多普勒頻率特性進(jìn)行目標(biāo)特征識(shí)別；對(duì)干性大氣污染的穿透特性，提供在塵埃、煙塵和干雪條件下的良好檢測(cè)能力。

（4）良好的抗隱身性能：當(dāng)前隱身飛行器上所涂覆的吸波材料都是針對(duì)厘米波的。根據(jù)國(guó)外的研究，毫米波雷達(dá)照射的隱身目標(biāo)，能形成多部位較強(qiáng)的電磁散射，使其隱身性能大大降低，所以，毫米波雷達(dá)還具有反隱身的潛力。

劣勢(shì)：毫米波在雷達(dá)中應(yīng)用的主要限制有：雨、霧和濕雪等高潮濕環(huán)境的衰減，以及大功率器件和插損的影響降低了毫米波雷達(dá)的探測(cè)距離；樹(shù)叢穿透能力差，相比微波，對(duì)密樹(shù)叢穿透力低；元器件成本高，加工精度相對(duì)要求高，單片收發(fā)集成電路的開(kāi)發(fā)相對(duì)遲緩。

毫米波雷達(dá)的應(yīng)用需求

（1）高精度多維搜索測(cè)量：進(jìn)行高精度距離、方位、頻率和空間位置的測(cè)量定位；

（2）雷達(dá)安裝平臺(tái)有體積、重量、振動(dòng)和其它環(huán)境的嚴(yán)格要求：毫米波雷達(dá)天線尺寸小、重量輕，容易滿(mǎn)足便攜、彈載、車(chē)載、機(jī)載和星載等不同平臺(tái)的特殊環(huán)境要求；

（3）目標(biāo)特征提取和分類(lèi)識(shí)別：毫米波雷達(dá)高分辨力、寬工作頻帶、大數(shù)值的多普勒頻率響應(yīng)、短的波長(zhǎng)易獲得目標(biāo)細(xì)節(jié)特征和清晰輪廓成像等特點(diǎn)，適于目標(biāo)分類(lèi)和識(shí)別的重要戰(zhàn)術(shù)要求；

（4）小目標(biāo)和近距離探測(cè)：毫米波短波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)的光學(xué)區(qū)尺寸較小，相對(duì)微波雷達(dá)更適于小目標(biāo)探測(cè)。除特殊的空間目標(biāo)觀測(cè)等遠(yuǎn)程毫米波雷達(dá)外，一般毫米波雷達(dá)適用于30 km 以下的近距離探測(cè)；

（5）抗電子戰(zhàn)干擾性強(qiáng)：毫米波窗口可用頻段寬，易進(jìn)行寬頻帶擴(kuò)頻和跳頻設(shè)計(jì)。同時(shí)針對(duì)毫米波雷達(dá)的偵察和干擾設(shè)備面臨寬頻帶、大氣衰減和窄波束等干擾難題，毫米波雷達(dá)相對(duì)微波雷達(dá)具有更好的抗干擾能力。

毫米波雷達(dá)的具體應(yīng)用

①導(dǎo)彈制導(dǎo)：毫米波雷達(dá)的主要用途之一是戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的末段制導(dǎo)。毫米波導(dǎo)引頭具有體積小、電壓低和全固態(tài)等特點(diǎn)，能滿(mǎn)足彈載環(huán)境要求。當(dāng)工作頻率選在35吉赫或94吉赫時(shí)，天線口徑一般為10～20厘米。此外，毫米波雷達(dá)還用于波束制導(dǎo)系統(tǒng)，作為對(duì)近程導(dǎo)彈的控制。

②目標(biāo)監(jiān)視和截獲：毫米波雷達(dá)適用于近程、高分辨力的目標(biāo)監(jiān)視和目標(biāo)截獲，用于對(duì)低空飛行目標(biāo)、地面目標(biāo)和外空目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

③炮火控制和跟蹤：毫米波雷達(dá)可用于對(duì)低空目標(biāo)的炮火控制和跟蹤，已研制成94吉赫的單脈沖跟蹤雷達(dá)。

④雷達(dá)測(cè)量：高分辨力和高精度的毫米波雷達(dá)可用于測(cè)量目標(biāo)與雜波特性。這種雷達(dá)一般有多個(gè)工作頻率、多種接收和發(fā)射極化形式和可變的信號(hào)波形。目標(biāo)的雷達(dá)截面積測(cè)量采用頻率比例的方法。利用毫米波雷達(dá)，對(duì)于按比例縮小了的目標(biāo)模型進(jìn)行測(cè)量，可得到在較低頻率上的雷達(dá)目標(biāo)截面積。此外，毫米波雷達(dá)在地形跟蹤、導(dǎo)彈引信、船用導(dǎo)航等方面也有應(yīng)用。

隨著電動(dòng)汽車(chē)和自動(dòng)駕駛技術(shù)的迅速發(fā)展，車(chē)載激光雷達(dá)（LiDAR）已成為這一領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。它為汽車(chē)提供高精度的三維環(huán)境感知能力，是實(shí)現(xiàn)安全自動(dòng)駕駛的核心組件之一。然而，激光雷達(dá)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量熱量，因此，有效的熱管理以及導(dǎo)熱界面材料對(duì)于保證其性能和穩(wěn)定性至關(guān)重要。在這方面，盛恩AF系列非硅導(dǎo)熱片展現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

車(chē)載激光雷達(dá)的工作原理與應(yīng)用

車(chē)載激光雷達(dá)通過(guò)發(fā)射激光脈沖并測(cè)量其與物體的反射時(shí)間來(lái)確定物體的位置和距離，從而創(chuàng)建精確的三維環(huán)境映射。這項(xiàng)技術(shù)在自動(dòng)駕駛汽車(chē)中被廣泛應(yīng)用于實(shí)時(shí)環(huán)境掃描、障礙物檢測(cè)和車(chē)道辨識(shí)等多個(gè)方面，為自動(dòng)駕駛提供了可靠的數(shù)據(jù)支持。

車(chē)載激光雷達(dá)的熱管理需求

由于高強(qiáng)度的運(yùn)作，激光雷達(dá)系統(tǒng)的核心組件，如激光發(fā)射器和光學(xué)傳感器，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量。如果不加以有效管理，過(guò)熱可能導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降、精度損失甚至損壞設(shè)備。因此，高效的熱管理系統(tǒng)對(duì)于維持車(chē)載激光雷達(dá)的正常運(yùn)行至關(guān)重要。

激光雷達(dá)，也稱(chēng)光學(xué)雷達(dá)（LIght Detection And Ranging）是激光探測(cè)與測(cè)距系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，它通過(guò)測(cè)定傳感器發(fā)射器與目標(biāo)物體之間的傳播距離，分析目標(biāo)物體表面的反射能量大小、反射波譜的幅度、頻率和相位等信息，從而呈現(xiàn)出目標(biāo)物精確的三維結(jié)構(gòu)信息。

自上世紀(jì)60年代激光被發(fā)明不久，激光雷達(dá)就大規(guī)模發(fā)展起來(lái)。目前激光雷達(dá)廠商主要使用波長(zhǎng)為 905nm 和 1550nm 的激光發(fā)射器，波長(zhǎng)為 1550nm 的光線不容易在人眼液體中傳輸，這意味著采用波長(zhǎng)為 1550nm 激光的激光雷達(dá)的功率可以相當(dāng)高，而不會(huì)造成視網(wǎng)膜損傷。更高的功率，意味著更遠(yuǎn)的探測(cè)距離，更長(zhǎng)的波長(zhǎng)，意味著更容易穿透粉塵霧霾。但受制于成本原因，生產(chǎn)波長(zhǎng)為1550納米的激光雷達(dá)，要求使用昂貴的砷化鎵材料。廠商更多選擇使用硅材料制造接近于可見(jiàn)光波長(zhǎng)的 905nm 的激光雷達(dá)，并嚴(yán)格限制發(fā)射器的功率，避免造成眼睛的永久性損傷。

而測(cè)距原理上目前主要以飛行時(shí)間（time of flight）法為主，利用發(fā)射器發(fā)射的脈沖信號(hào)和接收器接受到的反射脈沖信號(hào)的時(shí)間間隔來(lái)計(jì)算和目標(biāo)物體的距離。

也有使用相干法，即為調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）激光雷達(dá)發(fā)射一束連續(xù)的光束，頻率隨時(shí)間穩(wěn)定地發(fā)生變化。由于源光束的頻率在不斷變化，光束傳輸距離的差異會(huì)導(dǎo)致頻率的差異，將回波信號(hào)與本振信號(hào)混頻并經(jīng)低通濾波后，得到的差頻信號(hào)是光束往返時(shí)間的函數(shù)。調(diào)頻連續(xù)波激光雷達(dá)不會(huì)受到其他激光雷達(dá)或太陽(yáng)光的干擾且無(wú)測(cè)距盲區(qū)；還可以利用多普勒頻移測(cè)量物體的速度和距離。調(diào)頻延續(xù)波 LiDAR 概念并不新穎，但是面對(duì)的技術(shù)挑戰(zhàn)不少，例如發(fā)射激光的線寬限制、線性調(diào)頻脈沖的頻率范圍、線性脈沖頻率變化的線性度，以及單個(gè)線性調(diào)頻脈沖的可復(fù)制性等。

關(guān)于 FMCW 的原理，可以閱讀本系列的下一篇文章：Yvon Shong：走進(jìn)自動(dòng)駕駛傳感器（二）——毫米波雷達(dá)

調(diào)幅連續(xù)波（AMCW）激光雷達(dá)與基本的飛行時(shí)間系統(tǒng)相似的是，調(diào)幅連續(xù)波激光雷達(dá)發(fā)射一個(gè)信號(hào)，測(cè)量激光反射回來(lái)的時(shí)間。但區(qū)別在于，時(shí)間飛行系統(tǒng)只發(fā)射一個(gè)脈沖，調(diào)幅連續(xù)波 LiDAR 通過(guò)改變激光二極管中的極電流來(lái)調(diào)整發(fā)射光強(qiáng)度，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)制。激光雷達(dá)應(yīng)用于測(cè)繪主要有測(cè)距、定位以及地表物體的三維繪制；其達(dá)作為一種重要的傳感器，目前正在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域和無(wú)人飛行器領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。