自動駕駛發(fā)展路線圖上，應(yīng)用最廣泛的就是雷達傳感器。據(jù)恩智浦半導體大中華區(qū)汽車電子首席系統(tǒng)架構(gòu)師黃明達博士介紹，從基礎(chǔ)的自適應(yīng)巡航控制（Adaptive Cruise Control）或自動緊急制動系統(tǒng)（Automatic Emergency Breaking）功能，到第四/第五（L4/L5）級別全自動駕駛，雷達都必不可少，而且越用越多。在第二級別（L2）自動駕駛中，通常需要數(shù)顆雷達來實現(xiàn)，前向是長距離雷達加攝像頭組合，前向橫穿預警需要兩顆前角雷達，而后向盲點探測系統(tǒng)（BSD）與換道輔助則需要兩顆后角雷達，這就是5顆雷達，再與多顆攝像頭組合即可實現(xiàn)360度覆蓋車輛行駛范圍。
雷達新車裝車率在2023年有望超過60%
恩智浦公司預計，到第四/第五級別自動駕駛需要更多雷達，而且高級別自動駕駛對雷達傳感器性能也提出更高要求。例如，4D成像雷達將在高級別自動駕駛應(yīng)用中成為必需。所謂4D雷達，是指除了可以測量傳統(tǒng)雷達的距離、速度及水平方向角之外，還可以測量垂直方向的俯仰角度，即可以同時監(jiān)測四個核心參數(shù)。黃明達表示，4D成像雷達的主要特點是角度分辨率非常高，前向4D成像雷達角度分辨率可達到水平方向一度角、俯仰方向二度角的分辨率，由于分辨率高，利用4D成像雷達傳感器收集的數(shù)據(jù)，可以對路上的路障、汽車和行人等反射點描繪出整體輪廓，因而被稱之為成像雷達。
對于雷達裝車率，恩智浦預測，到2023年約有60%新車會裝配雷達，其中L1級別比例為40%、L2級別比例為15%、L2+級別為5%。黃明達表示，雷達市場高增長可期，主要原因為雷達應(yīng)用廣泛，不同級別自動駕駛都需要雷達支持，而隨自動駕駛級別越高，雷達應(yīng)用數(shù)量越多；另外，政策法規(guī)不斷推動雷達的普及，全球汽車主要區(qū)域市場都在為實現(xiàn)更安全駕駛推薦或強制新車安裝AEB等系統(tǒng)。第三，隨著自動駕駛等級的不斷提高，對雷達性能提出更高要求，而實現(xiàn)高性能雷達，往往需要多個雷達級聯(lián)來實現(xiàn)更高分辨率，這無疑將對雷達傳感器的上量起到雙重驅(qū)動作用。
在監(jiān)管政策方面，已經(jīng)公開的消息顯示，2018年歐洲NCAP開始要求五星級安全汽車必須配置AEB系統(tǒng)，我國于2020年也要求新車只有配備AEB系統(tǒng)才能達到五星級安全，日本則在2021年要求所有新車都必須加裝前向AEB和后向AEB，美國廠商計劃在2022年對所有新車加裝AEB系統(tǒng)，而歐盟則要求2024年以后所有新車都必須加裝AEB系統(tǒng)。黃明達總結(jié)：“這些因素都會會進一步提高雷達在汽車中的裝配率。”
雷達抗干擾
由于裝車率還不高，所以當前車載雷達的干擾問題還不嚴重。但分析顯示，當總裝車率達到50%以上時，雷達傳感器之間出現(xiàn)干擾的概率將大幅增加，有90%甚至更高的幾率會受到其他汽車的雷達信號干擾。
黃明達解釋，車載雷達易產(chǎn)生干擾主要由于兩個原因。第一，車載雷達頻譜集中在76至81GHz，工作在相同或交疊頻率的雷達之間具備了互相干擾的基礎(chǔ)；第二，不像移動通信有清晰的標準和嚴格的管控，各車載雷達系統(tǒng)的波形設(shè)計往往由汽車一級供應(yīng)商根據(jù)自身系統(tǒng)和算法來設(shè)置。例如汽車會車時，前向雷達相互照射，如果雷達的發(fā)射時間和頻率相同或有交疊那么就有可能產(chǎn)生干擾。
雷達干擾對系統(tǒng)的危害主要有兩個結(jié)果：由于噪底大幅提升導致雷達系統(tǒng)無法識別障礙物；由于干擾信號與受干擾雷達系統(tǒng)的發(fā)射接收信號強相關(guān)，會產(chǎn)生一個假目標信號，誤判前后方出現(xiàn)障礙，或可導致急剎等誤操作。無論哪種結(jié)果，都將威脅到車內(nèi)乘客與駕駛員的安全，所以當雷達裝配率越來越高的時候，必須考慮解決雷達抗干擾問題。
黃明達表示，對抗雷達干擾，恩智浦有三種解決方法。第一種是在射頻前端做處理，通過判斷入射信號強度來鉗制干擾信號。雷達射頻前端正常接收的是自己發(fā)射出去的信號遇到障礙物以后的反射信號，而會車時對方車輛是直射信號，此時干擾信號幅度比真正有效信號幅度高很多，所以接收端會看到非常大的信號，該信號很可能會導致接收機射頻前端鏈路飽和，從而使接收機失效，該模式類似于相機被強光照射時過曝，所以可以通過前端增益調(diào)整，來控制干擾信號，防止雷達接收機前端因干擾出現(xiàn)飽和而無法工作。
第二種是在處理器上通過數(shù)字信號處理來進行干擾檢測與消除。雷達接收機射頻前端輸出給MCU的中頻信號通常比較穩(wěn)定，當有干擾時，中頻信號的頻率與幅值都會有明顯變化，通過高通濾波器和閾值檢測，或短時傅里葉變換，可以來判斷是否有干擾信號，判斷出干擾信號后，可以將干擾段直接去除，或者通過更復雜的數(shù)字信號處理方法將有效信號恢復。
第三種方法也是在數(shù)字域進行處理，但策略是主動抗擾?？梢噪S機改變雷達發(fā)射信號的頻率或發(fā)射起始時間，例如將發(fā)射信號與偽噪聲序列相乘，或者動態(tài)調(diào)整雷達波形發(fā)射時間點。也可以先偵聽某頻段是否有干擾，如果無干擾再發(fā)射信號。
黃明達表示，這三種方法應(yīng)對今后幾年的雷達干擾已經(jīng)足夠，要在抗干擾的復雜性和干擾處理能力之間找到適當?shù)钠胶恻c。但雷達裝配率會不斷提高，最終還是會需要更系統(tǒng)的解決方法。例如，可以借鑒通信行業(yè)的成功案例，通過技術(shù)標準化，比如制定共享無線通道的接入規(guī)則來提升信道利用率，從而徹底解決雷達干擾問題。他說：“在此基礎(chǔ)上甚至可以更進一步，我們不再把每個雷達傳感器視為獨立單元，而應(yīng)將雷達傳感器視為同一傳感系統(tǒng)中的多個單元，在這個系統(tǒng)中，不同的雷達傳感器協(xié)同工作，構(gòu)建成完整的雷達生態(tài)系統(tǒng)，用戶或自主駕駛系統(tǒng)可看到由本車雷達、他車雷達和路端雷達共同拼接成的一個完整圖像?！?
恩智浦雷達新解決方案
在這次媒體會上，恩智浦還發(fā)布了16納米雷達信號處理器S32R294。該處理器性能強大、功耗極低、尺寸小巧，非常適合為4D點云雷達等高性能雷達實現(xiàn)信號處理及控制功能。
據(jù)恩智浦半導體大中華區(qū)雷達產(chǎn)品市場經(jīng)理楊昌介紹，S32R294尺寸為7.5mm×7.5mm，與上一代芯片S32R274尺寸一致，但性能提高了一倍。
S32R294有兩個e200z7的Power架構(gòu)32位內(nèi)核，用于雷達信號后處理和任務(wù)調(diào)度，如超分辨算法、信號聚類，目標追蹤等。該芯片還有一對z4內(nèi)核實現(xiàn)鎖步，用于運行跟功能安全相關(guān)的軟件，如AUTOSAR OS, 輸出決策指令等。
S32R294內(nèi)置雷達信號加速單元，簡稱SPT2.8，對雷達中頻信號的FFT、求模、峰值檢測、直方圖統(tǒng)計等最耗資源的運算進行硬件加速，專為調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達信號處理進行了計算優(yōu)化和加速。
因與S32R274同屬Power架構(gòu)，S32R294具有非常高的軟件兼容性，該處理器方案中軟件復用率高達80%，降低了老客戶重復開發(fā)成本。得益于16納米制程，和上一代55納米制程的處理器相比，S32R294的功耗不到S32R274（55納米制程）的一半，功耗典型值為0.9瓦。
S32R294處理器通過了ASIL D最高級別的ISO26262認證。該處理器有專門的硬件加密引擎CSE（Cyptographic Services Engine），可以支持安全啟動等高階加密算法。
S32R294支持多種配置，從入門到高端的全系應(yīng)用開發(fā)均可采用一種處理器來完成，無論是一發(fā)三收、三發(fā)四收，還是六發(fā)八收等中頻信號處理，S32R294都能輕松支持。
以六發(fā)八收毫米波雷達系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)采用恩智浦TF82系列微波集成電路（MMIC）兩片級聯(lián)來實現(xiàn)更高雷達性能，兩片MMIC芯片通過LO相連，實現(xiàn)芯片間的同步。MMIC芯片由S32R294通過SPI配置總線通道控制波形發(fā)射，接收鏈路接收到的中頻信號也是通過MIPI-CSI接口傳輸回到S32R294去做后續(xù)的信號處理。
黃明達告訴探索科技（techsugar），理論上級聯(lián)數(shù)量越多，性能越好，級聯(lián)越多對各芯片之間的同步，對板級設(shè)計的時鐘與高頻信號走線考驗越大，完全不考慮成本的情況下，利用其他外部元器件能實現(xiàn)多于4顆射頻前端的級聯(lián)。但在不借助外部元器件的情況下，NXP的射頻前端最多可以級聯(lián)四顆，構(gòu)成一個12發(fā)16收的系統(tǒng)，從而滿足對4D成像雷達的高要求。當然，用兩顆射頻前端級聯(lián)6發(fā)8收也能構(gòu)成一個低成本的4D雷達系統(tǒng)。
楊昌則對探索科技（techsugar）表示，在雷達處理器上，恩智浦既有Power架構(gòu)產(chǎn)品，也有Arm架構(gòu)產(chǎn)品，而且由于Arm生態(tài)更繁榮，恩智浦將會把越來越多的資源向Arm架構(gòu)雷達處理器傾斜。
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