物聯(lián)網(wǎng)將各種信息傳感設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來而形成的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)如火如荼，預(yù)計(jì)2023年底，在國內(nèi)主要城市初步建成物聯(lián)網(wǎng)新型基礎(chǔ)設(shè)施，連接數(shù)突破20億。

傳感器是物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)背景下的核心零部件

萬物互聯(lián)的科技實(shí)現(xiàn)離不開各種各樣的傳感器，小到蘋果公司的拋光布，每一件物體都是無數(shù)個(gè)傳感器的高度集合體。傳感器作為物聯(lián)網(wǎng)的上游基礎(chǔ)層中最核心的零件之一，存在于大量的物聯(lián)網(wǎng)場景中，如智慧城市、智慧工業(yè)。其中，汽車電子行業(yè)是傳感器應(yīng)用最多的領(lǐng)域。

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智能產(chǎn)品的進(jìn)步，基于傳感技術(shù)的發(fā)展。傳感器技術(shù)進(jìn)步的速度直接影響到智能產(chǎn)業(yè)的實(shí)現(xiàn)速度，21世紀(jì)的傳感器已經(jīng)進(jìn)入到智能傳感器時(shí)代。

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誕生于上世紀(jì)50年代的結(jié)構(gòu)傳感器是第一代傳感器，它是利用結(jié)構(gòu)參量對信號進(jìn)行識別和轉(zhuǎn)換；之后，在1970前后，第二代傳感器固態(tài)傳感器問世，它是利用特殊材料的特性進(jìn)行信號識別和轉(zhuǎn)換，如半導(dǎo)體、磁性材料傳感器等，制成相應(yīng)的聲學(xué)、力學(xué)、光學(xué)傳感器等；進(jìn)而，又出現(xiàn)了集成傳感器，即將單個(gè)傳感器可以實(shí)現(xiàn)的功能集合起來，如手機(jī)中的指紋傳感器就是光、壓力、溫度等多種傳感器的集合體。2000年后，第三代傳感器智能傳感器流行起來。這類傳感器是微型計(jì)算機(jī)技術(shù)與檢測技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，使傳感器具有人工智能的特性。

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集成傳感器是硬件性能的巔峰時(shí)代，智能傳感器則是將硬件傳感器和軟件技術(shù)結(jié)合。如果說互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代里傳感器與芯片的重要性不相上下，那么物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代里，傳感器的重要性可能高于芯片。

“小身材大作為”的傳感器

傳感器（transducer/sensor）是一種檢測裝置，測量外界的感知變化，將感知到的非電學(xué)信號按一定規(guī)律變換成為電信號或其他所需形式的信息輸出，最終完成物理信號到電信號的信息變換，以滿足信息的傳輸、處理、存儲、顯示、記錄和控制等要求，例如聲控?zé)簟?/p>

其工作原理是：外界的感知由敏感元件直接測量，并輸出與被測量有確定關(guān)系的物理量信號；轉(zhuǎn)換元件的作用是將敏感元件輸出的物理量信號轉(zhuǎn)換為電信號；變換電路負(fù)責(zé)對轉(zhuǎn)換元件輸出的電信號進(jìn)行放大調(diào)制；轉(zhuǎn)換元件和變換電路一般還需要輔助電源供電。

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敏感元件根據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、 濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件十大類。

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傳感器的種類繁多，可用于不同應(yīng)用場景。最常用的有電阻式傳感器、變頻功率傳感器、稱重傳感器、電阻應(yīng)變式傳感器、壓阻式傳感器、熱電阻、激光傳感器、 霍爾傳感器、溫度傳感器、無線溫度傳感器、智能傳感器、光敏傳感器、生物傳感器、視覺傳感器、位移傳感器、壓力傳感器、超聲波測距離傳感器、雷達(dá)傳感器等。

汽車發(fā)展離不開傳感器，汽車智能化發(fā)展則離不開雷達(dá)傳感器

眾多的傳感器種類中，汽車領(lǐng)域應(yīng)用的不可忽略的傳感器是雷達(dá)傳感器。尤其車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展熱潮下，如果說MEMS微電子傳感器是決定傳統(tǒng)汽車發(fā)展的關(guān)鍵，汽車的雷達(dá)傳感器則是決定的汽車智能發(fā)展的關(guān)鍵，雷達(dá)傳感器也是決定自動(dòng)駕駛發(fā)展的重中之重。2019年全球傳感器市場分布中，雷達(dá)傳感器以11%的比重占據(jù)重要地位。

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雷達(dá)（Radar）傳感器是通過無線電的發(fā)射，并對收到的回波進(jìn)行信息判斷，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定它們的空間位置，也被稱為“無線電定位”。隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)已不僅僅可以測量目標(biāo)的距離、方位和仰角，還可以測量出目標(biāo)的速度，以及從目標(biāo)回波中獲取更多有關(guān)目標(biāo)的信息。

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其工作原理：發(fā)射機(jī)在定時(shí)器控制下，產(chǎn)生高頻大功率的脈沖串，通過收發(fā)開關(guān)到達(dá)定向天線，以電磁波形式向外輻射。在天線控制設(shè)備的控制下，天線波束按照指定方向在空間掃描，當(dāng)電磁波照射到目標(biāo)上，二次散射電磁波的一部分到達(dá)雷達(dá)天線，經(jīng)收發(fā)開關(guān)至接收機(jī)，進(jìn)行放大、混頻和檢波處理后，送到雷達(dá)終端設(shè)備，能判斷目標(biāo)的存在、方位、距離、速度等。

雷達(dá)回波可收集的有效信息：

• 斜距R : 雷達(dá)到目標(biāo)的直線距離。

• 方位角α: 目標(biāo)斜距R在水平面上的投影與某一起始方向(正北、正南或其它參考方向)在水平面上的夾角。

• 俯仰角β：斜距R與它在水平面上的投影在鉛垂面上的夾角，有時(shí)也稱為傾角或高低角

?雷達(dá)的測距原理是測量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時(shí)間差，因電磁波以光速傳播，據(jù)此就能換算成雷達(dá)與目標(biāo)的精確距離。即飛行時(shí)間法ToF（Time of flight），基于信號撞擊物體并反射回來所花費(fèi)的時(shí)間間接測量距離和速度。

雷達(dá)根據(jù)不同的分類方法，也存在多種雷達(dá)。但雷達(dá)的結(jié)構(gòu)相對統(tǒng)一，包括：發(fā)射裝備、接收裝備、處理裝備，完成整個(gè)雷達(dá)的工作過程。

由于雷達(dá)擁有白天黑夜均能探測遠(yuǎn)距離目標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)，不受云霧雨的阻擋，可以做到全天候、全天時(shí)，并且擁有一定的穿透能力。因此，多應(yīng)用于軍事、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展（如氣象預(yù)報(bào)、資源探測、環(huán)境監(jiān)測等）和科學(xué)研究(天體研究、大氣物理、電離層結(jié)構(gòu)研究等)。汽車領(lǐng)域也因?yàn)槔走_(dá)的優(yōu)點(diǎn)而成為應(yīng)用重點(diǎn)。

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車載雷達(dá)根據(jù)波長的不同，又分為激光雷達(dá)（波長分為905nm和1550nm），毫米波雷達(dá)（波長為1-10mm），超聲波雷達(dá)（波長<2cm）。

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汽車領(lǐng)域中的傳感器根據(jù)應(yīng)用不同分為傳統(tǒng)傳感器（MEMS傳感器）和智能傳感器，兩類傳感器分布代表著汽車不同的發(fā)展階段，以及不斷更新迭代的應(yīng)用需求。

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激光雷達(dá)（LiDAR）通過將發(fā)射信號和反射信號的對比，構(gòu)建出點(diǎn)云圖，精確測量目標(biāo)的位置（距離與角度）、形狀（大?。┘?狀態(tài)（速度、姿態(tài)），從而達(dá)到探測、識別、跟蹤目標(biāo)的目的，缺點(diǎn)是不可辨別顏色。

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優(yōu)點(diǎn)：

• 能對周邊物體進(jìn)行建模形成高清3D 圖像，以便計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速識別和決策

• 抗源干擾能力強(qiáng)（指的是對于環(huán)境中其它電磁波帶來的干擾）、分辨率和精度高。

缺點(diǎn)：

• 在不良天氣條件下精度將會下降

• 無法辨別物體屬性。對于顏色、圖案的識別能力很弱，比如不能通過激光雷達(dá)識 別道路交通牌子上面的內(nèi)容。

• 價(jià)格比較昂貴

毫米波雷達(dá)發(fā)射毫米波（millimeterwave，毫米波本質(zhì)為電磁波），通常是指30～300GHz頻域，即波長為1～10mm的毫米波。毫米波雷達(dá)最大優(yōu)勢是對車輛速度的識別，因此常安裝于車輛前視區(qū)域，是汽車必備傳感器之一。

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優(yōu)點(diǎn)：

• 與激光雷達(dá)相比，毫米波雷達(dá)穿透力更強(qiáng)，毫米波導(dǎo)引頭可以穿透霧、煙、灰塵等， 所以受到雨雪等天氣的影響較小，具有全天候(大雨天除外)全天時(shí)的特點(diǎn)

• 毫米波雷達(dá)的器械體積通常較小，易安裝于在車輛

• 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)能分辨識別很小的目標(biāo)，而且能同時(shí)識別多個(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)場上生存能力強(qiáng)

缺點(diǎn)：

• 當(dāng)需要探測行人等反射界面較小的物體的時(shí)候，毫米波雷達(dá)易出現(xiàn)誤報(bào)

超聲波雷達(dá)是基于超聲波并不是聲波，而是機(jī)械波，傳播條件必須要有傳播介質(zhì)，不能在真空中傳播。超聲波傳播速率跟聲波一樣，空氣中都是340m/s左右， 頻率一般高于20kHz，在空氣中波長一般短于2cm，因?yàn)轭l率超出了人耳的聽覺范圍，所以被稱為超聲。超聲波用于測距和定位的原理，就是蝙蝠在夜間飛行所需要的技能，蝙蝠以脈沖形式發(fā)射超聲波，通過接收反射的回波，進(jìn)行回聲定位

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優(yōu)點(diǎn)：

• 超聲波的能量消耗較緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)，穿透性強(qiáng)

• 超聲波傳感器堅(jiān)固耐用，即使夜間和霧天也可以提供可靠的距離數(shù)據(jù)

• 可監(jiān)測物體材料、顏色

• 成本低，價(jià)格低

• 技術(shù)相對成熟穩(wěn)定

缺點(diǎn)：

• 超聲波的傳輸速度很容易受天氣情況的影響，不同天氣情況下，超聲波的傳播速度不同，在速度很高情況下測量距離有一定的局限性

• 傳播速度較慢，當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，使用超聲波測距無法跟上汽車的車距實(shí)時(shí)變化，誤差較大

• 由于超聲波的散射角偏大，方向性較差，因此在進(jìn)行較遠(yuǎn)距離的目標(biāo)測量時(shí)，回波信號會比較弱，會影響測量精度。但是，在短距離測量中，超聲波測距傳感優(yōu)勢明顯

車載攝像頭包括前置攝像頭（含ADAS攝像頭、行車記錄儀、夜視、環(huán)視前置攝像頭等）、側(cè)置攝像頭、后置攝像頭和內(nèi)置攝像頭。

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優(yōu)點(diǎn)：可以更生動(dòng)地感知周圍環(huán)境，并且可以提供顏色、紋理和對比度數(shù)據(jù)；能夠可靠地識別道路標(biāo)記或交通標(biāo)志，精確檢測、識別靜止物體和運(yùn)動(dòng)物體。

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缺點(diǎn)：攝像頭對周圍環(huán)境亮度有要求，只有周圍環(huán)境亮度足夠的情況下才能檢測到物體， 因此，在惡劣的環(huán)境條件下（如雪或霧）以及在黑暗中，攝像頭的可靠性有限。此外，單純相機(jī)（指不加入算法）不提供距離探測功能。為了獲得3D圖像，至少需要兩個(gè)攝像頭，就像立體相機(jī)或圖像識別軟件一樣，這需要很高的計(jì)算性能。