隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，自動(dòng)駕駛的研發(fā)逐漸形成一整套的流程，包括數(shù)據(jù)采集，清洗標(biāo)注，算法訓(xùn)練，仿真測(cè)試到量產(chǎn)等各技術(shù)環(huán)節(jié)。通過復(fù)雜的步驟從原始數(shù)據(jù)中提出高價(jià)值的信息，其中對(duì)原始數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集是實(shí)現(xiàn)車輛環(huán)境感知的基石。毫米波雷達(dá)因其出色的測(cè)距、測(cè)速能力以及對(duì)惡劣天氣的魯棒性，成為必要的傳感器之一。

本文將以4D毫米波雷達(dá)ARS548為例，分享毫米波雷達(dá)如何快速實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，可視化及存儲(chǔ)策略。關(guān)于毫米波雷達(dá)的特性可進(jìn)一步了解文章《毫米波雷達(dá)技術(shù)解析》。

一、ARS548毫米波雷達(dá)概述

ARS548是 4D高分辨率成像毫米波雷達(dá)（4D High Resolution Radar），如圖1所示。它能夠有效的測(cè)量距離（Range），速度（Velocity），水平角度（Azimuth）和俯仰角度或高度（Elevation）四個(gè)維度的信息，具備感知目標(biāo)三維空間位置能力。具備以下特性：

圖1：ARS548（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）

1. 探測(cè)距離與視場(chǎng)角：最大探測(cè)距離可達(dá)300米，水平視場(chǎng)角為±60°，垂直視場(chǎng)角為±4°至±14°。

2. 數(shù)據(jù)輸出：支持最多800個(gè)Detection和50個(gè)Object的同時(shí)輸出，測(cè)量周期為50ms至100ms可調(diào)。

3. 接口：采用100 BASE-T1接口，支持通過車載以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行通信。

4. 通信協(xié)議：數(shù)據(jù)通過UDP協(xié)議傳輸，使用多播地址方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

二、硬件集成

為了能快速采集到毫米波雷達(dá)的數(shù)據(jù)，需要對(duì)其進(jìn)行硬件集成與連接，如圖2所示。

圖2：Radar 硬件連接方案

以同時(shí)連接3個(gè)毫米波雷達(dá)為例，整個(gè)系統(tǒng)均支持12V的供電運(yùn)行，可快速實(shí)現(xiàn)各設(shè)備穩(wěn)定供電運(yùn)行。在數(shù)據(jù)鏈路采集上，需要將車載以太網(wǎng)接口的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)，這一轉(zhuǎn)換過程涉及以下步驟：

1. 網(wǎng)口轉(zhuǎn)換：使用如康謀NETLion100轉(zhuǎn)換器，將車載以太網(wǎng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)信號(hào)。NETLion100集成了網(wǎng)絡(luò)分線器(Tap)和雙介質(zhì)轉(zhuǎn)換器于一身，支持BroadR-Reach®網(wǎng)絡(luò)信號(hào)與100BASE-TX以太網(wǎng)之間的雙向轉(zhuǎn)換，并提供LED信號(hào)實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量，可快速進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和分析。

2. 數(shù)據(jù)傳輸原理：雷達(dá)數(shù)據(jù)以UDP包的形式發(fā)送至規(guī)定的多播地址，康謀BRICK plus設(shè)備通過網(wǎng)絡(luò)接口接收這些數(shù)據(jù)包。BRICKplus提供廣泛的接口支持多個(gè)傳感器同時(shí)連接，實(shí)現(xiàn)高帶寬數(shù)據(jù)的采集、處理和記錄。

3. 采集與監(jiān)控：在BRICK plus端，可以使用Wireshark等網(wǎng)絡(luò)分析工具來捕獲和分析從雷達(dá)發(fā)送的數(shù)據(jù)包，檢查數(shù)據(jù)包是否正確傳輸。

三、軟件開發(fā)

為了采集到毫米波雷達(dá)輸出的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需要理解數(shù)據(jù)的傳輸形式并能夠?qū)崟r(shí)解析。具體來說需要解決如下的問題：

1. 數(shù)據(jù)采集：實(shí)時(shí)從ARS548雷達(dá)獲取原始數(shù)據(jù)，這要求系統(tǒng)能夠與雷達(dá)硬件接口進(jìn)行高效通信，并且能夠處理高頻率的數(shù)據(jù)流。

2. 數(shù)據(jù)解析：將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為可讀的格式，如目標(biāo)的距離、速度和角度。需要對(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)包進(jìn)行解碼，并提取出有用的信息。

3. 數(shù)據(jù)可視化：將解析后的數(shù)據(jù)以圖形化的方式展示，便于分析和監(jiān)控。需要實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)顯示。

ROS提供了模塊化的節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)，便于管理和擴(kuò)展。每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以獨(dú)立開發(fā)和測(cè)試，使得系統(tǒng)的整體復(fù)雜性得到有效管理。十分契合我們對(duì)問題的拆解以及功能節(jié)點(diǎn)的完成。此外采用ROS的發(fā)布/訂閱模型可以實(shí)時(shí)采集傳輸?shù)睦走_(dá)數(shù)據(jù)。

對(duì)于單個(gè)毫米波雷達(dá)的采集，解析和可視化，可以通過在ROS中對(duì)應(yīng)創(chuàng)建3個(gè)節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。3個(gè)節(jié)點(diǎn)分別負(fù)責(zé)Radar設(shè)備接收UDP數(shù)據(jù)，解析并發(fā)布ROS消息，以及將雷達(dá)檢測(cè)和對(duì)象信息轉(zhuǎn)換為可視化Marker消息。

針對(duì)3（多）個(gè)毫米波雷達(dá)的同時(shí)采集，我們采用每個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)布和訂閱多個(gè)topic數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)同時(shí)采集和傳輸。并且為了實(shí)現(xiàn)多個(gè)雷達(dá)數(shù)據(jù)的同時(shí)顯示，采用Foxglove進(jìn)行可視化呈現(xiàn)，呈現(xiàn)效果如圖3所示：

圖3 ：Radar 可視化

隨后，采用ROSbag進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，能夠確保數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。

四、總結(jié)

通過集成高性能的硬件設(shè)備和采用ROS框架，實(shí)現(xiàn)了毫米波雷達(dá)數(shù)據(jù)的高效采集、實(shí)時(shí)處理和直觀可視化，同時(shí)支持多雷達(dá)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同步采集和存儲(chǔ)，提供了一個(gè)穩(wěn)定、靈活且可擴(kuò)展采集方案。