不同的傳感器都有其優(yōu)勢(shì)和缺陷，無(wú)法在單傳感器的情況下完成對(duì)無(wú)人駕駛功能性與安全性的全面覆蓋，這顯示了多傳感器融合的必要性。因此，各個(gè)傳感器之間借助各自所長(zhǎng)相互融合、功能互補(bǔ)、互為備份、互為輔助才是完備的無(wú)人駕駛系統(tǒng)。如何融合這些傳感器的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)不足是自動(dòng)駕駛工程師們現(xiàn)在的主要工作之一。

目前，現(xiàn)有的車(chē)載傳感器包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、車(chē)載攝像機(jī)、GPS/IMU、V2X通信傳感、紅外探頭、超聲波雷達(dá)等。主流的無(wú)人駕駛傳感平臺(tái)以雷達(dá)和車(chē)載攝像頭為主，并呈現(xiàn)多傳感器融合發(fā)展的趨勢(shì)?；跍y(cè)量能力和環(huán)境適應(yīng)性，預(yù)計(jì)雷達(dá)和車(chē)載攝像頭會(huì)持續(xù)保持傳感器平臺(tái)霸主的地位，并不斷與多種傳感器融合，發(fā)展處多種組合版本。

激光雷達(dá)

為了解決測(cè)距的問(wèn)題，引入了激光雷達(dá)這種傳感器。常常應(yīng)用在Level3級(jí)別以上的無(wú)人車(chē)。

激光雷達(dá)的工作原理是利用可見(jiàn)和近紅外光波（多為950nm波段附近的紅外光）發(fā)射、反射和接收來(lái)探測(cè)物體。

如下圖所示，激光雷達(dá)的發(fā)射器發(fā)射出一束激光，激光光束遇到物體后，經(jīng)過(guò)漫反射，返回至激光接收器，雷達(dá)模塊根據(jù)發(fā)送和接收信號(hào)的時(shí)間間隔乘以光速，再除以2，即可計(jì)算出發(fā)射器與物體的距離。

激光雷達(dá)可以探測(cè)白天或黑夜下的特定物體與車(chē)之間的距離。由于反射度的不同，也可以區(qū)分開(kāi)車(chē)道線和路面，但是無(wú)法探測(cè)被遮擋的物體、光束無(wú)法達(dá)到的物體，在雨雪霧天氣下性能較差。

激光雷達(dá)在無(wú)人駕駛運(yùn)用中擁有兩個(gè)核心作用。

一是3D建模進(jìn)行環(huán)境感知。通過(guò)雷射掃描可以得到汽車(chē)周?chē)h(huán)境的3D模型，運(yùn)用相關(guān)算法比對(duì)上一幀和下一幀環(huán)境的變化可以較為容易的探測(cè)出周?chē)能?chē)輛和行人。

二是SLAM加強(qiáng)定位。3D雷射雷達(dá)另一大特性是同步建圖（SLAM），實(shí)時(shí)得到的全局地圖通過(guò)和高精度地圖中特征物的比對(duì)，可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航及加強(qiáng)車(chē)輛的定位精度。

激光雷達(dá)的分類(lèi)

激光雷達(dá)根據(jù)安裝位置的不同，分類(lèi)兩大類(lèi)。一類(lèi)安裝在無(wú)人車(chē)的四周，另一類(lèi)安裝在無(wú)人車(chē)的車(chē)頂。

安裝在無(wú)人車(chē)四周的激光雷達(dá)，其激光線束一般小于8，常見(jiàn)的有單線激光雷達(dá)和四線激光雷達(dá)。

安裝在無(wú)人車(chē)車(chē)頂?shù)募す饫走_(dá)，其激光線束一般不小于16，常見(jiàn)的有16/32/64線激光雷達(dá)。

激光雷達(dá)雷射發(fā)射器線束越多，每秒采集的云點(diǎn)就越多。然而線束越多也就代表雷射雷達(dá)的造價(jià)就更加昂貴，以Velodyne的產(chǎn)品為例，64線束的雷射雷達(dá)價(jià)格是16線束的10倍。HDL-64E單個(gè)定制的成本在8萬(wàn)元左右。

目前，Velodyne公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了相對(duì)便宜的LiDAR傳感器版本HDL-32E和HDL-16E。其中HDL-16E是由16束雷射取代64束雷射，支持360度無(wú)盲區(qū)掃描，犧牲一定的數(shù)據(jù)規(guī)模云點(diǎn)，每秒鐘只提供30萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，但是售價(jià)仍高達(dá)售價(jià)8千美元。

當(dāng)前人工智能的算法還不夠成熟，純視覺(jué)傳感器的無(wú)人駕駛方案在安全性上還存在較多問(wèn)題，因此現(xiàn)階段的無(wú)人車(chē)的開(kāi)發(fā)還離不開(kāi)激光雷達(dá)。強(qiáng)如Google，目前也還沒(méi)開(kāi)發(fā)出脫離激光雷達(dá)的自動(dòng)駕駛方案。

不過(guò)，激光雷達(dá)的普及所遇到的最大挑戰(zhàn)是：成本過(guò)高。單獨(dú)一個(gè)雷達(dá)的價(jià)格可能就超過(guò)了普通小汽車(chē)的價(jià)格，因此現(xiàn)階段還沒(méi)有大規(guī)模量產(chǎn)的可能性。激光雷達(dá)的降低成本之路任重道遠(yuǎn)。

毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)通過(guò)發(fā)射無(wú)線電信號(hào)（毫米波波段的電磁波）并接收反射信號(hào)來(lái)測(cè)定汽車(chē)車(chē)身周?chē)奈锢憝h(huán)境信息（如汽車(chē)與其他物體之間的相對(duì)距離、相對(duì)速度、角度、運(yùn)動(dòng)方向等），然后根據(jù)所探知的物體信息進(jìn)行目標(biāo)追蹤和識(shí)別分類(lèi)，進(jìn)而結(jié)合車(chē)身動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，完成合理決策，減少事故發(fā)生幾率。

毫米波雷達(dá)不受天氣狀況限制，即使是雨雪天都能正常運(yùn)作，穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)。因此被廣泛應(yīng)用于車(chē)載距離探測(cè)，毫米波雷達(dá)在自動(dòng)駕駛中最常見(jiàn)的三種用途是：

1.ACC（自適應(yīng)巡航）

2.BSD&LCA（盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)和變道輔助）

3.AEB（自動(dòng)緊急制動(dòng)，通常配合攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)融合）

毫米波雷達(dá)分類(lèi)

頻率在10GHz~200GHz的電磁波，由于其波長(zhǎng)在毫米量級(jí)，因此處于該頻率范圍的電磁波也被工程師們稱(chēng)為毫米波。

應(yīng)用在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的毫米波雷達(dá)主要有3個(gè)頻段，分別是24GHz，77GHz和79GHz。不同頻段的毫米波雷達(dá)有著不同的性能和成本。

短距離雷達(dá)：24GHz頻段

處在該頻段上的雷達(dá)的檢測(cè)距離有限，因此常用于檢測(cè)近處的障礙物。在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中常用于感知車(chē)輛近處的障礙物，為換道決策提供感知信息。

長(zhǎng)距離雷達(dá)：77GHz頻段

性能良好的77GHz雷達(dá)的最大檢測(cè)距離可以達(dá)到160米以上，因此常被安裝在前保險(xiǎn)杠上，正對(duì)汽車(chē)的行駛方向。

如下圖右下角的棕色區(qū)域，為特斯拉AutoPilot2.0中所配備的長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá)，及其感知范圍。

長(zhǎng)距離雷達(dá)能夠用于實(shí)現(xiàn)緊急制動(dòng)、高速公路跟車(chē)等ADAS功能；同時(shí)也能滿足自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，對(duì)障礙物距離、速度和角度的測(cè)量需求。

長(zhǎng)距離雷達(dá)：79GHz頻段

該頻段的傳感器能夠?qū)崿F(xiàn)的功能和77GHz一樣，也是用于長(zhǎng)距離的測(cè)量。

根據(jù)公式：光速=波長(zhǎng)*頻率，頻率更高的毫米波雷達(dá)，其波長(zhǎng)越短。波長(zhǎng)越短，意味著分辨率越高；而分辨率越高，意味著在距離、速度、角度上的測(cè)量精度更高。因此79GHz的毫米波雷達(dá)必然是未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

毫米波雷達(dá)相比于激光有更強(qiáng)的穿透性，能夠輕松地穿透保險(xiǎn)杠上的塑料，因此常被安裝在汽車(chē)的保險(xiǎn)杠內(nèi)。這也是為什么很多具備ACC（自適應(yīng)巡航）的車(chē)上明明有毫米波雷達(dá)，卻很難從外觀上發(fā)現(xiàn)它們的原因。

然而實(shí)際開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域應(yīng)用毫米波雷達(dá)有一下三點(diǎn)挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)1：數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差

數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性對(duì)后續(xù)的軟件算法提出了較高的要求。加大了工程師的工作難度。

挑戰(zhàn)2：對(duì)金屬敏感

由于毫米波雷達(dá)發(fā)出的電磁波對(duì)金屬極為敏感，在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中會(huì)發(fā)現(xiàn)近處路面上突然出現(xiàn)的釘子、遠(yuǎn)距離外的金屬?gòu)V告牌都會(huì)被認(rèn)為是障礙物。一旦車(chē)輛高速行駛，被這些突然跳出的障礙物干擾時(shí)，會(huì)導(dǎo)致剎車(chē)不斷，導(dǎo)致汽車(chē)的舒適性下降。

挑戰(zhàn)3：高度信息缺失

毫米波雷達(dá)的數(shù)據(jù)只能提供距離和角度信息，不能像激光雷達(dá)那樣提供高度信息。沒(méi)有高度信息的障礙物點(diǎn)會(huì)給技術(shù)開(kāi)發(fā)帶來(lái)很多挑戰(zhàn)。

超聲波雷達(dá)

超聲波雷達(dá)又名倒車(chē)?yán)走_(dá)。常見(jiàn)的超聲波雷達(dá)有兩種。第一種是安裝在汽車(chē)前后保險(xiǎn)杠上的，也就是用于測(cè)量汽車(chē)前后障礙物的倒車(chē)?yán)走_(dá)，這種雷達(dá)業(yè)內(nèi)稱(chēng)為UPA；第二種是安裝在汽車(chē)側(cè)面的，用于測(cè)量側(cè)方障礙物距離的超聲波雷達(dá)，業(yè)內(nèi)稱(chēng)為APA。作為無(wú)人車(chē)上成本最低的傳感器，挖掘超聲波雷達(dá)的潛力是工程師們不斷在琢磨的事。

UPA和APA的探測(cè)范圍和探測(cè)區(qū)域都太相同，如下圖所示。圖中的汽車(chē)配備了前后向共8個(gè)UPA，左右側(cè)共4個(gè)APA。

UPA超聲波雷達(dá)

UPA超聲波雷達(dá)的探測(cè)距離一般在15~250cm之間，主要用于測(cè)量汽車(chē)前后方的障礙物。

如圖所示，為單個(gè)UPA的探測(cè)范圍示意圖。

APA超聲波雷達(dá)

APA超聲波雷達(dá)的探測(cè)距離一般在30~500cm之間。APA的探測(cè)范圍更遠(yuǎn)，因此相比于UPA成本更高，功率也更大。

如圖為單個(gè)APA的探測(cè)范圍示意圖。

APA的探測(cè)距離優(yōu)勢(shì)讓它不僅能夠檢測(cè)左右側(cè)的障礙物，而且還能根據(jù)超聲波雷達(dá)返回的數(shù)據(jù)判斷停車(chē)庫(kù)位是否存在。

超聲波雷達(dá)的應(yīng)用

本文標(biāo)題提到超聲波雷達(dá)是被低估的傳感器，因?yàn)樗藱z測(cè)障礙物外，還可以做很多事。

應(yīng)用1：泊車(chē)庫(kù)位檢測(cè)

自動(dòng)泊車(chē)功能需要經(jīng)歷兩個(gè)階段：1.識(shí)別庫(kù)位；2.倒車(chē)入庫(kù)

識(shí)別庫(kù)位功能就是依賴安裝在車(chē)輛側(cè)方的APA，如下場(chǎng)景。

汽車(chē)緩緩駛過(guò)庫(kù)位時(shí)，汽車(chē)右前方的APA傳感器返回的探測(cè)距離與時(shí)間的關(guān)系可判斷當(dāng)前空間有無(wú)車(chē)位。有了庫(kù)位檢測(cè)功能，進(jìn)而開(kāi)發(fā)自主泊車(chē)功能就不是難事了。

應(yīng)用2：高速橫向輔助

特斯拉ModelS在AutoPilot1.0時(shí)代就實(shí)現(xiàn)了高速公路的巡航功能，為了增加高速巡航功能的安全性和舒適性，特斯拉將用于泊車(chē)的APA超聲波雷達(dá)，也用在了高速巡航上。

先看一段ModelS應(yīng)用APA的視頻，視頻左下角的圖像是一個(gè)朝汽車(chē)后向的攝像機(jī)，右側(cè)的圖像是朝向行駛方向的視角。

在視頻中可以看出，當(dāng)左側(cè)駛過(guò)的汽車(chē)?yán)碜攒?chē)較近時(shí)，ModelS在確保右側(cè)有足夠空間的情況下，自主地向右微調(diào)，降低與左側(cè)車(chē)輛的碰撞風(fēng)險(xiǎn)。

車(chē)載攝像機(jī)

車(chē)載攝像機(jī)的大致原理是：首先，采集圖像進(jìn)行處理，將圖片轉(zhuǎn)換為二維數(shù)據(jù)；然后，進(jìn)行模式識(shí)別，通過(guò)圖像匹配進(jìn)行識(shí)別，如識(shí)別車(chē)輛行駛環(huán)境中的車(chē)輛、行人、車(chē)道線、交通標(biāo)志等；接下來(lái)，依據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)模式或使用雙目定位，以估算目標(biāo)物體與本車(chē)的相對(duì)距離和相對(duì)速度。

攝像機(jī)根據(jù)鏡頭和布置方式的不同主要有以下四種：?jiǎn)文繑z像機(jī)、雙目攝像機(jī)、三目攝像機(jī)和環(huán)視攝像機(jī)。

單目攝像機(jī)模組只包含一個(gè)攝像機(jī)和一個(gè)鏡頭。由于很多圖像算法的研究都是基于單目攝像機(jī)開(kāi)發(fā)的，因此相對(duì)于其他類(lèi)別的攝像機(jī)，單目攝像機(jī)的算法成熟度更高。但是單目有著兩個(gè)先天的缺陷。

一是它的視野完全取決于鏡頭。

焦距短的鏡頭，視野廣，但缺失遠(yuǎn)處的信息。反之亦然。因此單目攝像機(jī)一般選用適中焦距的鏡頭。

二是單目測(cè)距的精度較低。

攝像機(jī)的成像圖是透視圖，即越遠(yuǎn)的物體成像越小。近處的物體，需要用幾百甚至上千個(gè)像素點(diǎn)描述；而處于遠(yuǎn)處的同一物體，可能只需要幾個(gè)像素點(diǎn)即可描述出來(lái)。這種特性會(huì)導(dǎo)致，越遠(yuǎn)的地方，一個(gè)像素點(diǎn)代表的距離越大，因此對(duì)單目來(lái)說(shuō)物體越遠(yuǎn)，測(cè)距的精度越低。

雙目攝像機(jī)

由于單目測(cè)距存在缺陷，雙目攝像機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。雙目攝像機(jī)，是通過(guò)對(duì)兩幅圖像視差的計(jì)算，直接對(duì)前方景物（圖像所拍攝到的范圍）進(jìn)行距離測(cè)量，而無(wú)需判斷前方出現(xiàn)的是什么類(lèi)型的障礙物。依靠?jī)蓚€(gè)平行布置的攝像頭產(chǎn)生的“視差”，找到同一個(gè)物體所有的點(diǎn)，依賴精確的三角測(cè)距，就能夠算出攝像頭與前方障礙物距離，實(shí)現(xiàn)更高的識(shí)別精度和更遠(yuǎn)的探測(cè)范圍。使用這種方案，需要兩個(gè)攝像頭有較高的同步率和采樣率，因此技術(shù)難點(diǎn)在于雙目標(biāo)定及雙目定位。

相比單目，雙目的解決方案沒(méi)有識(shí)別率的限制，無(wú)需先識(shí)別可直接進(jìn)行測(cè)量；直接利用視差計(jì)算距離精度更高；無(wú)需維護(hù)樣本數(shù)據(jù)庫(kù)。但因?yàn)闄z測(cè)原理上的差異，雙目視覺(jué)方案在距離測(cè)算上相比單目以及毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)，其硬件成本和計(jì)算量級(jí)的加倍，也是另一個(gè)難關(guān)。

雖然雙目能得到較高精度的測(cè)距結(jié)果和提供圖像分割的能力，但是它與單目一樣，鏡頭的視野完全依賴于鏡頭。而且雙目測(cè)距原理對(duì)兩個(gè)鏡頭的安裝位置和距離要求較多，這就會(huì)給相機(jī)的標(biāo)定帶來(lái)麻煩。

三目攝像機(jī)

由于單目和雙目都存在某些缺陷，因此廣泛應(yīng)用于無(wú)人駕駛的攝像機(jī)方案為三目攝像機(jī)。三目攝像機(jī)其實(shí)就是三個(gè)不同焦距單目攝像機(jī)的組合。

特斯拉AutoPilot2.0安裝在擋風(fēng)玻璃下方的三目攝像機(jī)

如下圖，可以看出三個(gè)攝像頭的感知范圍由遠(yuǎn)及近，分別為前視窄視野攝像頭（最遠(yuǎn)感知250米）、前視主視野攝像頭（最遠(yuǎn)感知150米）及前視寬視野攝像頭（最遠(yuǎn)感知60米）。

對(duì)攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，感知的范圍要么損失視野，要么損失距離。三目攝像機(jī)能較好地彌補(bǔ)感知范圍的問(wèn)題。因此在業(yè)界被廣泛應(yīng)用。

那么測(cè)距精度的問(wèn)題怎么辦？

正是由于三目攝像機(jī)每個(gè)相機(jī)的視野不同，因此近處的測(cè)距交給寬視野攝像頭，中距離的測(cè)距交給主視野攝像頭，更遠(yuǎn)的測(cè)距交給窄視野攝像頭。這樣一來(lái)每個(gè)攝像機(jī)都能發(fā)揮其最大優(yōu)勢(shì)。

三目的缺點(diǎn)是需要同時(shí)標(biāo)定三個(gè)攝像機(jī)，因而工作量更大一些。其次軟件部分需要關(guān)聯(lián)三個(gè)攝像機(jī)的數(shù)據(jù)，對(duì)算法要求也很高。

環(huán)視攝像機(jī)

環(huán)視攝像機(jī)，一般至少包括四個(gè)攝像頭，分別安裝在車(chē)輛前、后、左、右側(cè)，實(shí)現(xiàn)360°環(huán)境感知，難點(diǎn)在于畸變還原與對(duì)接。安裝于車(chē)輛前方、車(chē)輛左右后視鏡下和車(chē)輛后方的四個(gè)魚(yú)眼鏡頭采集圖像，采集到的圖像與下圖類(lèi)似。

環(huán)視攝像機(jī)的鏡頭是魚(yú)眼鏡頭，而且安裝位置是朝向地面的。某些高配車(chē)型上會(huì)有“360°全景顯示”功能，所用到的就是環(huán)視攝像機(jī)。魚(yú)眼攝像機(jī)為了獲取足夠大的視野，代價(jià)是圖像的畸變嚴(yán)重。

通過(guò)標(biāo)定值，進(jìn)行圖像的投影變換，可將圖像還原成俯視圖的樣子。之后對(duì)四個(gè)方向的圖像進(jìn)行拼接，再在四幅圖像的中間放上一張車(chē)的俯視圖，即可實(shí)現(xiàn)從車(chē)頂往下看的效果。如下圖。

相比于其他傳感器，攝像頭最為接近人眼獲取周?chē)h(huán)境信息的工作模式，可以通過(guò)較小的數(shù)據(jù)量獲得最為全面的信息，同時(shí)因?yàn)楝F(xiàn)在的攝像頭技術(shù)比較成熟，成本可較低。但是，攝像頭識(shí)別也存在一定局限性，基于視覺(jué)的解決方案受光線、天氣影響大；同時(shí)，物體識(shí)別基于機(jī)器學(xué)習(xí)資料庫(kù)，需要的訓(xùn)練樣本大，訓(xùn)練周期長(zhǎng)，也難以識(shí)別非標(biāo)準(zhǔn)障礙物；同時(shí)，由于廣角攝像頭的邊緣畸變，得到的距離準(zhǔn)確度較低。

攝像機(jī)的功能

攝像機(jī)在無(wú)人車(chē)上的應(yīng)用，主要有兩大類(lèi)功能。分別是感知能力，其次是定位能力。

攝像機(jī)的感知能力表現(xiàn)在可以識(shí)別車(chē)道線（lane）、障礙物（Obstacle）、交通標(biāo)志牌和地面標(biāo)志（TrafficSignandRoadSign）、交通標(biāo)志牌和地面標(biāo)志（TrafficSignandRoadSign）和交通信號(hào)燈（TrafficLight）

定位能力體現(xiàn)在獲取當(dāng)前無(wú)人車(chē)的位置。視覺(jué)SLAM技術(shù)根據(jù)提前建好的地圖和實(shí)時(shí)的感知結(jié)果做匹配，從而獲取當(dāng)前無(wú)人車(chē)的位置。視覺(jué)SLAM需要解決的最大問(wèn)題在于地圖的容量過(guò)大，稍微大一點(diǎn)的區(qū)域，就對(duì)硬盤(pán)的容量要求很高。如何制作出足夠輕量化的地圖，成為SLAM技術(shù)商業(yè)化的關(guān)鍵。

攝像機(jī)是所有車(chē)載傳感器中，感知能力最強(qiáng)的。為此特斯拉采用了純視覺(jué)的感知方案，而沒(méi)有使用激光雷達(dá)，當(dāng)然激光雷達(dá)價(jià)格昂貴也是一個(gè)因素。

GPS/IMU

GPS是全球定位系統(tǒng)（GlobalPositionSystem）的簡(jiǎn)稱(chēng)，IMU（InertialMeasurementUnit）慣性測(cè)量單元。

GPS在復(fù)雜的動(dòng)態(tài)環(huán)境中，尤其在大城市，其多路徑反射的問(wèn)題很顯著，導(dǎo)致獲得的GPS定位信息很容易產(chǎn)生幾米的誤差。另外，由于GPS的更新頻率低（10Hz），在車(chē)輛快速行駛時(shí)很難給出精準(zhǔn)的實(shí)時(shí)定位。單純依賴GPS的導(dǎo)航很有可能導(dǎo)致交通事故。因此GPS通常輔助以慣性傳感器（IMU）用來(lái)增強(qiáng)定位的精度。

IMU是檢測(cè)加速度與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的高頻（1KHz）傳感器，但I(xiàn)MU自身也有偏差積累與噪音等問(wèn)題影響結(jié)果。通過(guò)使用基于卡爾曼濾波的傳感器融合技術(shù)，我們可以融合GPS與IMU數(shù)據(jù)，結(jié)合GPS的定位精度高和誤差無(wú)積累的特點(diǎn)，與IMU的自主性和實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)。一方面可以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航設(shè)備之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，增強(qiáng)系統(tǒng)適應(yīng)動(dòng)態(tài)的能力，并使整個(gè)系統(tǒng)獲得優(yōu)于局部系統(tǒng)的精度；另一方面提高了空間和時(shí)間的覆蓋范圍，從而實(shí)現(xiàn)真正意義上的連續(xù)導(dǎo)航。因此，GPS/IMU組合的優(yōu)勢(shì)在于：

1.系統(tǒng)精度的提高。利用GPS的長(zhǎng)期穩(wěn)定性彌補(bǔ)IMU誤差隨時(shí)間累積的缺點(diǎn)。GPS/IMU組合后的導(dǎo)航誤差實(shí)際上要比單獨(dú)的GPS或單獨(dú)的慣導(dǎo)系統(tǒng)可能達(dá)到的誤差都小。

2.系統(tǒng)抗干擾能力的增強(qiáng)。利用IMU的短期高精度彌補(bǔ)GPS系統(tǒng)易受干擾、信號(hào)易失鎖等缺點(diǎn)，同時(shí)借助IMU的姿態(tài)信息、角速度信息可進(jìn)一步提高GPS系統(tǒng)快速捕獲或重新鎖定衛(wèi)星信號(hào)的能力。

3.導(dǎo)航信息的補(bǔ)全。GPS/IMU組合系統(tǒng)與單GPS相比，除了可以提供載體運(yùn)動(dòng)的三維位置和速度信息外，還可提供加速度、姿態(tài)和航向信息；GPS/IMU組合系統(tǒng)此外可提供100Hz甚至高于100Hz的數(shù)據(jù)更新率。

IMU慣性器件的標(biāo)定技術(shù)由于加速度計(jì)、陀螺儀等慣性器件本身存在缺陷，會(huì)產(chǎn)生一些器件誤差，如標(biāo)度因數(shù)誤差等。另外，在對(duì)IMU進(jìn)行集成的時(shí)候，各個(gè)器件之間的非正交安裝會(huì)引起交叉耦合誤差。以上這些誤差可以通過(guò)器件標(biāo)定來(lái)加以補(bǔ)償,以達(dá)到提高其精度的目的。

V2X通信傳感

V2X是V2V（VehicletoVehicle,車(chē)車(chē)通信）、V2I（VehicletoInstruction，車(chē)路通信）、V2P（VehicletoPedestrain）等的統(tǒng)稱(chēng)。通過(guò)V2X可以獲得實(shí)時(shí)路況、道路信息、行人信息等一系列交通信息，從而帶來(lái)遠(yuǎn)距離環(huán)境信號(hào)。

V2X通信系統(tǒng)可以看做是一個(gè)超級(jí)傳感器，它提供了比其他傳感器都高得多的感知能力和可靠性，在自車(chē)感知技術(shù)尚不能達(dá)到高可靠性之前，用V2X可以決定性地其可靠性。V2X是無(wú)人駕駛的必要技術(shù)和智慧交通的重要一環(huán)。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，V2X技術(shù)是利用無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)車(chē)與車(chē)之間、車(chē)與道路之間、車(chē)與行人之間的信息互通，也就是說(shuō)，通過(guò)人、車(chē)、路之間的互相交流，駕駛員能夠更好地掌握車(chē)輛狀態(tài)和周?chē)闆r，從而有效降低事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。V2X通信技術(shù)首次由福特公司于2014年6月發(fā)布，現(xiàn)場(chǎng)展示了福特的兩輛經(jīng)過(guò)特殊改造過(guò)的汽車(chē)，通過(guò)一臺(tái)連接了WiFi的無(wú)線廣播系統(tǒng)，演示了這項(xiàng)V2V通信技術(shù)是如何防止碰撞事故發(fā)生的。

詳細(xì)來(lái)說(shuō)，V2X是一種網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)（汽車(chē)、智能交通燈等）可以發(fā)射、捕捉并轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)。利用V2X車(chē)聯(lián)網(wǎng)，車(chē)輛可以獲取周?chē)h(huán)境的未知參數(shù)及附近車(chē)輛的運(yùn)行狀態(tài)，這些狀態(tài)包括速度、位置、駕駛方向、剎車(chē)等基本的安全信息。然后車(chē)載端主動(dòng)安全算法將處理所獲取的信息，并按照優(yōu)先級(jí)對(duì)信息進(jìn)行分類(lèi)，對(duì)可能發(fā)生的危險(xiǎn)情景進(jìn)行預(yù)警，緊急情況下可以利用車(chē)輛執(zhí)行端對(duì)車(chē)輛進(jìn)行控制從而規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。V2X技術(shù)開(kāi)啟了對(duì)四周威脅的360度智能感知，這一技術(shù)能夠在各種危險(xiǎn)的情況下提醒駕駛者，從而大大減少碰撞事故的發(fā)生并緩解交通擁堵。美國(guó)交通部根據(jù)最新的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，如果能夠大面積地普及V2X技術(shù)，就能在75%的交通事故發(fā)生之前提醒駕駛員。

相比傳統(tǒng)雷達(dá)，V2X通信傳感系統(tǒng)有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1）覆蓋面廣

300-500米的通信范圍相比10幾米的雷達(dá)探測(cè)范圍要遠(yuǎn)得多，不僅是前方障礙物，身旁和身后的建筑物、車(chē)輛都會(huì)互相連接通信。

2）有效避免盲區(qū)

路邊聯(lián)入互聯(lián)網(wǎng)的物體都會(huì)有單獨(dú)的信號(hào)顯示，因此即便視野受阻，通過(guò)實(shí)時(shí)發(fā)送的信號(hào)可以顯示視野范圍內(nèi)看不到的物體狀態(tài)，因而降低忙去出現(xiàn)的概率，也就充分避免了因盲區(qū)而導(dǎo)致的潛在傷害。

3）對(duì)于隱私信息的安全保護(hù)性更好

由于這套系統(tǒng)將采用5.9Hz頻段進(jìn)行專(zhuān)項(xiàng)通信，相比傳統(tǒng)通信技術(shù)更能確保安全性和私密性，如果通信協(xié)議及頻道在各個(gè)國(guó)家都能規(guī)范化，這套系統(tǒng)將變得像SOS救援頻道一樣成為社會(huì)公用資源。

小結(jié)

不同的傳感器都有其優(yōu)勢(shì)和缺陷，無(wú)法在單傳感器的情況下完成對(duì)無(wú)人駕駛功能性與安全性的全面覆蓋，這顯示了多傳感器融合的必要性。因此，各個(gè)傳感器之間借助各自所長(zhǎng)相互融合、功能互補(bǔ)、互為備份、互為輔助才是完備的無(wú)人駕駛系統(tǒng)。如何融合這些傳感器的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)不足是自動(dòng)駕駛工程師們現(xiàn)在的主要工作之一。