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[導(dǎo)讀] 汽車在向高級(jí)輔助駕駛、自動(dòng)駕駛發(fā)展的過程中,自動(dòng)/輔助駕駛功能將逐漸替代人的主動(dòng)性,其中,最為重要的技術(shù)就是感知汽車周圍環(huán)境的防撞系統(tǒng)。毫米波雷達(dá)具有測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等特性,適用于

汽車在向高級(jí)輔助駕駛、自動(dòng)駕駛發(fā)展的過程中,自動(dòng)/輔助駕駛功能將逐漸替代人的主動(dòng)性,其中,最為重要的技術(shù)就是感知汽車周圍環(huán)境的防撞系統(tǒng)。毫米波雷達(dá)具有測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等特性,適用于短距離精確測(cè)量,正大規(guī)模地應(yīng)用于汽車防撞系統(tǒng)中。

1 汽車防撞系統(tǒng)技術(shù)方案

目前,汽車防撞系統(tǒng)技術(shù)方案包括毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、紅外線雷達(dá)、攝像頭等。毫米波雷達(dá)受自然環(huán)境影響小,探測(cè)距離適中,在車載雷達(dá)領(lǐng)域性價(jià)比最高,但是難以識(shí)別行人、交通標(biāo)志等;激光雷達(dá)測(cè)量精度較高,可用于實(shí)時(shí)建立空間三維地圖,但是成本高昂,且在雨、雪、霧天效果較差;紅外線雷達(dá)測(cè)量精度較高,技術(shù)成熟且成本較低,但是測(cè)量距離近(小于10m),極大地限制了其應(yīng)用場(chǎng)景;攝像頭成本低,能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行識(shí)別,是車道偏離預(yù)警、交通標(biāo)志識(shí)別等功能必不可少的傳感器,但具有依賴光線、在夜間和極端天氣下會(huì)失效、難以精確測(cè)距等缺點(diǎn)。各類技術(shù)方案在測(cè)量距離、精準(zhǔn)度和適應(yīng)環(huán)境等方面各有優(yōu)劣。當(dāng)前各類輔助駕駛/無人駕駛解決方案中基本采用多傳感器融合的解決方案,但無論哪種方案,毫米波防撞雷達(dá)都具有重要地位。

2 毫米波雷達(dá)發(fā)展現(xiàn)狀

目前,毫米波雷達(dá)主要為24GHz和77GHz。

24GHz的雷達(dá)測(cè)量距離較短(5~30m),主要應(yīng)用于汽車后方;77GHz的雷達(dá)測(cè)量距離較長(zhǎng)(30~70m),主要應(yīng)用于汽車前方和兩側(cè)。毫米波雷達(dá)主要包括雷達(dá)射頻前端、信號(hào)處理系統(tǒng)、后端算法三部分。在現(xiàn)有的產(chǎn)品中,雷達(dá)后端算法的專利授權(quán)費(fèi)用約占成本的50%,射頻前端約占成本的40%,信號(hào)處理系統(tǒng)約占成本的10%。

2.1 射頻前端

射頻前端通過發(fā)射和接收毫米波,得到中頻信號(hào),從中提取距離、速度等信息。因此,射頻前端直接決定了雷達(dá)系統(tǒng)的性能。當(dāng)前毫米波雷達(dá)射頻前端主要為平面集成電路,有混合微波集成電路(HMIC)和單片微波集成電路(MMIC)兩種形式。其中,MMIC形式的射頻前端成本低,成品率高,適合于大規(guī)模生產(chǎn)。在生產(chǎn)工藝上,一般采用的是外延MESFET、HEMT和HBT等器件工藝。其中,GaAs基的HEMT工藝最為成熟,具有優(yōu)秀的噪聲性能。

2.2 信號(hào)處理系統(tǒng)

信號(hào)處理系統(tǒng)也是雷達(dá)重要的組成部分,通過嵌入不同的信號(hào)處理算法,提取從射頻前端采集得到的中頻信號(hào),獲得特定類型的目標(biāo)信息。信號(hào)處理系統(tǒng)一般以DSP為核心,實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法,滿足雷達(dá)的實(shí)時(shí)性需求。

2.3 后端算法

后端算法占整個(gè)毫米波雷達(dá)成本的比例最高。針對(duì)毫米波雷達(dá),國(guó)內(nèi)研究人員從頻域、時(shí)域、時(shí)頻分析多個(gè)角度提出了大量的算法,離線實(shí)驗(yàn)的精度也較高。但是,國(guó)內(nèi)的雷達(dá)產(chǎn)品主要采用基于頻域的快速傅里葉變換及其改進(jìn)算法進(jìn)行分析,測(cè)量精度和適用范圍有一定局限性而國(guó)外算法受專利嚴(yán)格保護(hù),價(jià)格非常昂貴。

3 毫米波雷達(dá)行業(yè)趨勢(shì)

毫米波雷達(dá)技術(shù)上的發(fā)展趨勢(shì)是模塊化和精確化,同時(shí)降低了成本,方便大規(guī)模裝配到汽車中。在雷達(dá)射頻前端,SiGe基工藝替代了GaAs基工藝,可以使射頻前端在保證帶寬的同時(shí)體積更小 。在信號(hào)處理系統(tǒng)方面,也出現(xiàn)了MCU+DSP,F(xiàn)PGA+DSP雙核架構(gòu),可以滿足更高要求的信號(hào)處理需求。在毫米波雷達(dá)市場(chǎng)中,截至2016年,世界前三大廠商博世(占市場(chǎng)份額22%) 、大陸(占市場(chǎng)份額22%)和海拉(占市場(chǎng)份額13%)占據(jù)了全球一半以上的市場(chǎng)份額。中國(guó)市場(chǎng)中毫米波雷達(dá)全部依賴進(jìn)口,還沒有自主雷達(dá)產(chǎn)品,但國(guó)內(nèi)廠商,比如華域汽車、森思泰克、杭州智波等已完成了24GHz雷達(dá)的實(shí)驗(yàn)室開發(fā),除了基本的測(cè)距、測(cè)速功能外,還能夠?qū)崿F(xiàn)盲點(diǎn)偵測(cè)、車道切換輔助等功能,解決了產(chǎn)品形態(tài)的國(guó)產(chǎn)化問題,相應(yīng)的產(chǎn)品預(yù)計(jì)在2017年年底出現(xiàn)。

4 結(jié)束語(yǔ)

毫米波防撞雷達(dá)憑借其均衡的性能成為汽車防撞的主要解決方案。目前,毫米波防撞雷達(dá)主要安裝在美系、德系高端汽車中。但在未來,毫米波防撞雷達(dá)必將是國(guó)內(nèi)外廠商的基本車型上必不可少的傳感器。我國(guó)在毫米波防撞雷達(dá)的研制上仍處于追趕學(xué)習(xí)階段,但是研發(fā)的進(jìn)展非常迅速。隨著更多的企業(yè)進(jìn)入到毫米波雷達(dá)的領(lǐng)域中,預(yù)計(jì)在不久的將來,國(guó)內(nèi)廠商的技術(shù)水平將達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先。

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