北京理工雷科姚迪:雷达、导航与光学相结合的交通安全解决方案

  • 姚迪
  • 发表于: 2017/06/26 06:37:00 来源:车云网

从商用角度来说有两个标签,第一个军民融合,第二个是北理高校的资源。

车云按:2017年6月21日-22日,由中国安全产业协会、TIAA车载信息服务产业应用联盟与车云网共同主办的2017年中国安全产业峰会暨首届交通安全产业论坛在北京召开。本文系北京理工雷科电子信息技术有限公司总经理助理姚迪博士发表的演讲。姚总主要介绍了公司产品雷达技术在汽车安全方面的应用,从毫米波雷达切入,跟导航及光学技术相结合。

北京理工雷科电子信息技术有限公司总经理助理姚迪博士 北京理工雷科电子信息技术有限公司总经理助理姚迪博士

现场演讲实录:

我们公司叫北京理工雷科电子信息技术有限公司,成立于2009年年底,由北京理工大学毛二可院士创新团队与北京理工大学出资,共同创办的产学研用高科技研发型公司。在2014-2015年,北京理工雷科经过并购重组成为雷科防务上市公司的全资子公司,我们公司是北京理工大学出来的,主要在军民两用的电子行业,其中包括在雷达、航天遥感、卫星导航、数字系统、模拟仿真等方面做了相关工作。

雷科防务总部在江苏常州,但其中最大一块的研发基地是在北京,就是北京理工雷科电子信息技术有限公司,同时在天津、西安和成都也有相关的子公司,包括理工雷科电子(天津)有限公司,西安奇维科技有限公司和成都爱科特科技发展有限公司。

我们公司的主要业务分成五块,也是五个产品线,包括雷达、航天遥感,卫星导航和数字系统,以及模拟仿真。

其中在雷达方面,我们具有完全自主知识产权的毫米波雷达技术,合成孔径雷达技术、相控阵雷达技术。基于这些技术,我们开发了一系列雷达产品。用在军民两用的领域,包括车载防撞雷达产品、机场FOD探测,包括公路以及矿山生产安全相关的边坡形变监测雷达,有目前全世界公开报道情况下可查的最小最轻的无人机合成孔径成像雷达,以及高精尖的相控阵雷达。

航天遥感领域我们做的最大工作,在我们国家的遥感卫星里有我们星上实时处理系统,同时我们把产品从一个大盒子变成一个小芯片。在卫星地面站相关的处理系统、接收系统,以及无人机、卫星应用里也有我们的相关设备。

在卫星导航这一块,我们整个技术团队从近十年以前就开始涉及,到目前为止研发了三代卫星导航的基带处理芯片,具有完全自主知识产权。

我们开发了一系列北斗导航的模块,完成不同的功能。比如GPS、格洛纳斯、北斗的三系统组合,除了对卫星图象进行定位,还能进行定向,基于这一系列模块,我们生产了单兵手持机,还有在车载方面的应用。这是芦山地震时民用通信中断的情况下,利用我们北斗的手持机,从地震灾区的中心把灾区情况发回到北京的示意图。

数字系统方面,我们主要是针对嵌入式处理的一系列需求,经过接近20年的积累,开发了四代板卡,并形成了处理系统,应用在不同的领域。

最后一个是模拟仿真。我们是针对各种电子设备需要在复杂的电磁环境下能够正常工作的需求,开发了一系列整机系统以及解决方案级的产品,能够监测和模拟不同的电磁环境。

针对汽车和交通领域安全方面,我们相关的产品和工作也向各位做一个简单汇报。

第一,在雷达和导航产品在ADAS领域的应用。

毋庸置疑将来汽车驾驶必然向着智能无人化的方向发展。有一个小故事,我夫人现在已经是十年驾照持有者,但是她一直不开车,我老问她一个问题,你什么时候开车?她给我答案有两个,第一,我们家孩子现在上小学,将来他能开车以后坐他的车,第二,车变成无人化能自动驾驶就不用开车了。

因为我也参与了汽车无人驾驶里的一小部分工作,所以认识一些专家,我问这些专家,将来具有自动假设功能的汽车什么时候能上路行驶?不同人给我说法不一样。我有个朋友在某著名互联网企业做汽车驾驶,他很乐观,说明年基本上就有相关功能的车辆能上路跑。理工大学教授相对悲观一点,说我们有生之年能看到这个车在路上跑就不错了。总而言之,这个事情不管长还是短,都是必然的发展趋势,我们也希望在这里面做一些相关的工作。

针对ADAS的应用,现在各种车厂采用各种不同的传感器,其中包括了雷达和卫星导航,还有摄象头和红外传感器。其中针对雷达传感器来讲,它具有作用距离远、抗环境干扰强的特点,特别是在ACC/AEB/FCW功能上具有不可替代的作用,这是沃尔沃基于ADAS的应用,用到9个毫米波的雷达。针对毫米波雷达,目前各个国家的产品都集中在24GHz和77GHz两个方面,由于77GHz波长更短,具有更高的分辨能力和精度,我们认为77GHz特别是将来4GHz带宽的79GHz毫米波雷达,是防撞雷达频段的发展方向。

针对市场需求,我们公司基于之前在毫米波雷达的一些经验积累,自主研发了一款77GHz高精度车载防撞雷达,可以实现对行人还有车辆目标的检测、跟踪,以及测量车辆距离、方位、相对速度等功能。

毫米波雷达样机

这款产品的主要特点是采用了长距和中距一体化设计,使用了射频和基带的芯片组,探测距离为0.5-250m,距离测量精度为0.3m,测速范围-90km/h~200km/h

外场静态测试

这些是我们测试图,是在实际环境中对车辆和行人的测试。这个图是在雷达领域里比较常用的图,距离和速度二维平面图,横坐标是速度,纵坐标是距离,速度越靠上越快,距离越靠上越远,这里可以显示不同速度不同距离的表现情况。

外场静态测试

这是我们测试工程师骑着平衡车在移动,可以看到相关的马路边缘,以及被试目标的相关情况。这个是毫米波雷达车载上路过程中,相关车辆进行相关移动,与行程点迹和航迹的情况。

第二,卫星导航产品。

卫星导航产品目前在轨运营系统主要包括了GPS、北斗、格洛纳斯,它们已经在自动驾驶领域、包括导航领域得到了广泛应用。但是当前来讲,要在车道保持当中使用导航产品,需要满足亚米级甚至到厘米级定位精准的要求。

针对这样的需求,我们公司目前利用地基增强或者差分信息的基础建设,利用北斗还有定位信息,通过双天线定位和定向的方式,做了一款相当于双天线定位定向的高精度产品。

这款产品具有自主知识产权,具有北斗、GPS和格洛纳斯三系统多频段基带处理芯片为核心,研发了车载定位定向卡,能够为汽车提供厘米级的定位定向精准的导航信息。它含有Mems器件,能够达到水平2公分、垂直3公分的定位精度,在测角的情况下能够达到0.1度精度

我们路试是在一个操场的跑道上,车子搭载了我们的定位系统,沿着车场在不同跑道上运动。我们可以清晰发现,车辆在两条跑道行驶时绘制的轨迹是分离的,说明测量结果能够严格区分出两条跑道的间距。路试过程中记录的车辆行驶轨迹能够严格保持在车道范围内形成直线,也说明了我们定位系统的精度。

这个是分公司把GPS和北斗的定位定向系统,它是把车载的防撞雷达,还有激光雷达,双摄像头集成到一辆车上,来实现自动控制和自动驾驶功能。这是车辆在路试时的相关视频图片。这是它的自动驾驶,同时还有虚拟街道场景,把多种传感器的信息融合并且显示,为多传感器以及自动驾驶的测试提供一些相关的视觉图像。

我们在车上进行相关平稳性测试的情况,会把打火机、硬币被放在车顶,在车辆行驶过程中没有移动位置,说明行驶过程保持平稳。跟车实验中,中间有出租车插进来之后,我们也能够做相关变道的动作。

这个是在三环上进行弯道测试,通过雷达传感器还有卫星定位传感器,以及可见光传感器,实现了对道路和街景的测量,能够实现自动转弯。这个是我们在复杂的光照条件下,特别是车辆通过桥隧时,存在光照变化和北斗导航信号变化情况之下的测试。这是我们做的虚拟街景,包括两旁障碍物,包括车道,都是实时显示。

以上是我们公司雷达和导航产品在ADAS领域相关的应用。下面再向各位嘉宾和领导汇报一下关于我们雷达和导航产品在智能交通,特别是交通安全方面的相关应用。

首先是针对公路隧道交通安全做了一些设想和工作。我们国家公路隧道通车的总里程超过6000公里,其中每年新建350公里。但是由于隧道环境特殊,特别是光照环境有变化,包括导航信号丢失的情况下,隧道事故频发。由于隧道监控手段有限,不能及时关闭隧道就会有二次伤害发生。这下面列出来的是在几次重大事故中,由于交通事故造成的惨重人员和财产损失的情况。

针对这种情况,我们国家的交通部针对“两客一危”车辆,强制安装车载卫星定位装置,定时向车辆发送行车信息,但进入隧道之后,由于导航信息丢失,容易在隧道中产生盲区,没有办法得到自己的位置,也没有办法向监控中心传回自己的情况。

对此,我们设计并且研发了一套隧道卫星导航增强系统,可以在隧道外接收导航信息,通过一系列比较复杂但智能化的处理,在隧道之内进行播放,使得隧道里仿佛不存在一样,每一个移动车辆和移动终端,都能够透明接收到天上卫星导航信号,从而使得卫星导航信号真正实现了全覆盖。

针对导航监视手段缺乏,一些手段是安装交通雷达。这个雷达虽然对环境适应能力比较高,但是雷达分辨能力比较差,没有办法识别车辆的类型,识别车辆的车牌。假如安装光学手段,由于隧道之内环境比较复杂,光照条件不好,也没有办法对车辆进行很好的监视,也无法对车辆进行测速。这种情况下利用光学和雷达传感器,进行多传感器融合的做法,解决了隧道内测速和识别的问题,可以使得车辆在隧道之内形成连续环境跟踪,从而把相关信息传送给隧道的监控方,比如说隧道公路监管。

我们针对上面两个功能做了一整套解决方案,一方面采用了导航卫星接收,并且智能化的处理和转发的功能,形成了在隧道之内导航信号的无缝全覆盖。另一方面我们完成了隧道光学和雷达传感器的信息融合,可以实时获取车辆在隧道内的位置和速度信息

我们在北京延庆青龙桥隧道布置了这样一套系统,完成了相关调试和测试工作,投入实际运营,实现了隧道管理者实时对隧道进行检测、补盲、联网联控的功能,达到了预期的效果。这个是我们的设备照片,包括卫星导航设备转发天线照片,右侧是交通雷达的情况,还有一些设备。这些设备在城市交通、地下空间和矿山隧道也可以做相关的应用。

这个是我们受试车辆在隧道中运行的相关图片,上面是这个车辆在隧道当中实时的位置监测情况,右边是导航软件,接入到这样的导航信号,实现在隧道当中定位的功能。

最后一个向各位嘉宾和领导汇报的情况,我们在道路交通安全另外一个方面。我们雷达发挥的相关作用主要是针对高速公路和公路两侧的山体滑坡、泥石流和崩塌等一系列地质灾害,会对我们交通安全造成严重的影响。我们需要对公路、边坡和桥梁进行监测、保证安全。目前主要采用手段是人工监测和设点监测的办法,这些方法效率低下精度低,只能进行点状监测,没有办法全天候和实时监测。

这些是我们拥有自主产权的干涉雷达成像技术,能够获得道路两侧存在滑坡危险区域的3D形变图,以及亚毫米形变测量的结果。可以把设备架设在被检测范围,实现7×24小时亚毫米监测,进行滑坡预警。

我们这个设备和国外设备相比,不仅在一些指标上全面超出,同时也打破了国外在这个领域里的垄断地位,能够提供极具性价比的解决方案。我们的产品被用于云南昆明山地环境、沿江道路、水坝的监测,在2016年12月份,成功发现了边坑的形变,并且实现了滑坡预警功能。

以上就是我们公司在道路交通安全方面的介绍,谢谢各位嘉宾的聆听,以后如果有机会希望跟大家做更多的交流,谢谢。

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