物联网将各种信息传感设备与网络结合起来而形成的一个巨大网络。物联网建设如火如荼，预计2023年底，在国内主要城市初步建成物联网新型基础设施，连接数突破20亿。
传感器是物联网建设背景下的核心零部件
万物互联的科技实现离不开各种各样的传感器，小到苹果公司的抛光布，每一件物体都是无数个传感器的高度集合体。传感器作为物联网的上游基础层中最核心的零件之一，存在于大量的物联网场景中，如智慧城市、智慧工业。其中，汽车电子行业是传感器应用最多的领域。
▲ 图1：2019年传感器行业世界应用分布 来源：天风证券
智能产品的进步，基于传感技术的发展。传感器技术进步的速度直接影响到智能产业的实现速度，21世纪的传感器已经进入到智能传感器时代。
诞生于上世纪50年代的结构传感器是第一代传感器，它是利用结构参量对信号进行识别和转换；之后，在1970前后，第二代传感器固态传感器问世，它是利用特殊材料的特性进行信号识别和转换，如半导体、磁性材料传感器等，制成相应的声学、力学、光学传感器等；进而，又出现了集成传感器，即将单个传感器可以实现的功能集合起来，如手机中的指纹传感器就是光、压力、温度等多种传感器的集合体。2000年后，第三代传感器智能传感器流行起来。这类传感器是微型计算机技术与检测技术相结合的产物，使传感器具有人工智能的特性。
▲ 图2：智能传感器
集成传感器是硬件性能的巅峰时代，智能传感器则是将硬件传感器和软件技术结合。如果说互联网时代里传感器与芯片的重要性不相上下，那么物联网时代里，传感器的重要性可能高于芯片。
“小身材大作为”的传感器
传感器（transducer/sensor）是一种检测装置，测量外界的感知变化，将感知到的非电学信号按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，最终完成物理信号到电信号的信息变换，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求，例如声控灯。
▲ 图3：传感器原理图
其工作原理是：外界的感知由敏感元件直接测量，并输出与被测量有确定关系的物理量信号；转换元件的作用是将敏感元件输出的物理量信号转换为电信号；变换电路负责对转换元件输出的电信号进行放大调制；转换元件和变换电路一般还需要辅助电源供电。
敏感元件根据其基本感知功能可分为热敏元件、光敏元件、气敏元件、力敏元件、磁敏元件、 湿敏元件、声敏元件、放射线敏感元件、色敏元件和味敏元件十大类。
▲ 图4：传感器元件组成
传感器的种类繁多，可用于不同应用场景。最常用的有电阻式传感器、变频功率传感器、称重传感器、电阻应变式传感器、压阻式传感器、热电阻、激光传感器、 霍尔传感器、温度传感器、无线温度传感器、智能传感器、光敏传感器、生物传感器、视觉传感器、位移传感器、压力传感器、超声波测距离传感器、雷达传感器等。
汽车发展离不开传感器，汽车智能化发展则离不开雷达传感器
众多的传感器种类中，汽车领域应用的不可忽略的传感器是雷达传感器。尤其车联网发展热潮下，如果说MEMS微电子传感器是决定传统汽车发展的关键，汽车的雷达传感器则是决定的汽车智能发展的关键，雷达传感器也是决定自动驾驶发展的重中之重。2019年全球传感器市场分布中，雷达传感器以11%的比重占据重要地位。
▲ 图5：2019年全球传感器市场类型分布
来源：天风证券
雷达（Radar）传感器是通过无线电的发射，并对收到的回波进行信息判断，发现目标并测定它们的空间位置，也被称为“无线电定位”。随着雷达技术的发展，雷达已不仅仅可以测量目标的距离、方位和仰角，还可以测量出目标的速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。
其工作原理：发射机在定时器控制下，产生高频大功率的脉冲串，通过收发开关到达定向天线，以电磁波形式向外辐射。在天线控制设备的控制下，天线波束按照指定方向在空间扫描，当电磁波照射到目标上，二次散射电磁波的一部分到达雷达天线，经收发开关至接收机，进行放大、混频和检波处理后，送到雷达终端设备，能判断目标的存在、方位、距离、速度等。
雷达回波可收集的有效信息：
- 斜距R : 雷达到目标的直线距离。
- 方位角α: 目标斜距R在水平面上的投影与某一起始方向(正北、正南或其它参考方向)在水平面上的夹角。
- 俯仰角β：斜距R与它在水平面上的投影在铅垂面上的夹角，有时也称为倾角或高低角
雷达的测距原理是测量发射脉冲与回波脉冲之间的时间差，因电磁波以光速传播，据此就能换算成雷达与目标的精确距离。即飞行时间法ToF（Time of flight），基于信号撞击物体并反射回来所花费的时间间接测量距离和速度。
▲ 图6：雷达测距原理
雷达根据不同的分类方法，也存在多种雷达。但雷达的结构相对统一，包括：发射装备、接收装备、处理装备，完成整个雷达的工作过程。
▲ 图7：雷达的典型构成
由于雷达拥有白天黑夜均能探测远距离目标的优点，不受云雾雨的阻挡，可以做到全天候、全天时，并且拥有一定的穿透能力。因此，多应用于军事、社会经济发展（如气象预报、资源探测、环境监测等）和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。汽车领域也因为雷达的优点而成为应用重点。
▲ 图8：雷达的应用场景
车载雷达根据波长的不同，又分为激光雷达（波长分为905nm和1550nm），毫米波雷达（波长为1-10mm），超声波雷达（波长<2cm）。
汽车领域中的传感器根据应用不同分为传统传感器（MEMS传感器）和智能传感器，两类传感器分布代表着汽车不同的发展阶段，以及不断更新迭代的应用需求。
▲ 图9：汽车领域的两类传感器各司其职
激光雷达（LiDAR）通过将发射信号和反射信号的对比，构建出点云图，精确测量目标的位置（距离与角度）、形状（大小）及 状态（速度、姿态），从而达到探测、识别、跟踪目标的目的，缺点是不可辨别颜色。
优点：
- 能对周边物体进行建模形成高清3D 图像，以便计算机进行快速识别和决策
- 抗源干扰能力强（指的是对于环境中其它电磁波带来的干扰）、分辨率和精度高。
缺点：
- 在不良天气条件下精度将会下降
- 无法辨别物体属性。对于颜色、图案的识别能力很弱，比如不能通过激光雷达识 别道路交通牌子上面的内容。
- 价格比较昂贵
▲ 图10：激光雷达3D成像
毫米波雷达发射毫米波（millimeterwave，毫米波本质为电磁波），通常是指30～300GHz频域，即波长为1～10mm的毫米波。毫米波雷达最大优势是对车辆速度的识别，因此常安装于车辆前视区域，是汽车必备传感器之一。
优点：
- 与激光雷达相比，毫米波雷达穿透力更强，毫米波导引头可以穿透雾、烟、灰尘等， 所以受到雨雪等天气的影响较小，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点
- 毫米波雷达的器械体积通常较小，易安装于在车辆
- 毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头
- 毫米波雷达能分辨识别很小的目标，而且能同时识别多个目标
- 具有成像能力，体积小、机动性和隐蔽性好，在战场上生存能力强
缺点：
- 当需要探测行人等反射界面较小的物体的时候，毫米波雷达易出现误报
▲ 图11：毫米波雷达结构示意图
超声波雷达是基于超声波并不是声波，而是机械波，传播条件必须要有传播介质，不能在真空中传播。超声波传播速率跟声波一样，空气中都是340m/s左右， 频率一般高于20kHz，在空气中波长一般短于2cm，因为频率超出了人耳的听觉范围，所以被称为超声。超声波用于测距和定位的原理，就是蝙蝠在夜间飞行所需要的技能，蝙蝠以脉冲形式发射超声波，通过接收反射的回波，进行回声定位
优点：
- 超声波的能量消耗较缓慢，在介质中传播的距离比较远，穿透性强
- 超声波传感器坚固耐用，即使夜间和雾天也可以提供可靠的距离数据
- 可监测物体材料、颜色
- 成本低，价格低
- 技术相对成熟稳定
缺点：
- 超声波的传输速度很容易受天气情况的影响，不同天气情况下，超声波的传播速度不同，在速度很高情况下测量距离有一定的局限性
- 传播速度较慢，当汽车高速行驶时，使用超声波测距无法跟上汽车的车距实时变化，误差较大
- 由于超声波的散射角偏大，方向性较差，因此在进行较远距离的目标测量时，回波信号会比较弱，会影响测量精度。但是，在短距离测量中，超声波测距传感优势明显
车载摄像头包括前置摄像头（含ADAS摄像头、行车记录仪、夜视、环视前置摄像头等）、侧置摄像头、后置摄像头和内置摄像头。
优点：可以更生动地感知周围环境，并且可以提供颜色、纹理和对比度数据；能够可靠地识别道路标记或交通标志，精确检测、识别静止物体和运动物体。
缺点：摄像头对周围环境亮度有要求，只有周围环境亮度足够的情况下才能检测到物体， 因此，在恶劣的环境条件下（如雪或雾）以及在黑暗中，摄像头的可靠性有限。此外，单纯相机（指不加入算法）不提供距离探测功能。为了获得3D图像，至少需要两个摄像头，就像立体相机或图像识别软件一样，这需要很高的计算性能。
