毫米波防撞雷達成為汽車防撞的解決方案

汽車在向高級輔助駕駛、自動駕駛發(fā)展的過程中，自動/輔助駕駛功能將逐漸替代人的主動性，其中，最為重要的技術就是感知汽車周圍環(huán)境的防撞系統(tǒng)。毫米波雷達具有測量精度高、結構簡單、價格便宜等特性，適用于短距離精確測量，正大規(guī)模地應用于汽車防撞系統(tǒng)中。

目前，汽車防撞系統(tǒng)技術方案包括毫米波雷達、激光雷達、紅外線雷達、攝像頭等。毫米波雷達受自然環(huán)境影響小，探測距離適中，在車載雷達領域性價比最高，但是難以識別行人、交通標志等；激光雷達測量精度較高，可用于實時建立空間三維地圖，但是成本高昂，且在雨、雪、霧天效果較差；紅外線雷達測量精度較高，技術成熟且成本較低，但是測量距離近（小于10m），極大地限制了其應用場景；攝像頭成本低，能夠對物體進行識別，是車道偏離預警、交通標志識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失效、難以精確測距等缺點。各類技術方案在測量距離、精準度和適應環(huán)境等方面各有優(yōu)劣。當前各類輔助駕駛/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，毫米波防撞雷達都具有重要地位。

目前，毫米波雷達主要為24GHz和77GHz。

24GHz的雷達測量距離較短（5～30m），主要應用于汽車后方；77GHz的雷達測量距離較長（30～70m），主要應用于汽車前方和兩側。毫米波雷達主要包括雷達射頻前端、信號處理系統(tǒng)、后端算法三部分。在現(xiàn)有的產品中，雷達后端算法的專利授權費用約占成本的50%，射頻前端約占成本的40%，信號處理系統(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，從中提取距離、速度等信息。因此，射頻前端直接決定了雷達系統(tǒng)的性能。當前毫米波雷達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。在生產工藝上，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 信號處理系統(tǒng)

信號處理系統(tǒng)也是雷達重要的組成部分，通過嵌入不同的信號處理算法，提取從射頻前端采集得到的中頻信號，獲得特定類型的目標信息。信號處理系統(tǒng)一般以DSP為核心，實現(xiàn)復雜的數(shù)字信號處理算法，滿足雷達的實時性需求。

2.3 后端算法

后端算法占整個毫米波雷達成本的比例最高。針對毫米波雷達，國內研究人員從頻域、時域、時頻分析多個角度提出了大量的算法，離線實驗的精度也較高。但是，國內的雷達產品主要采用基于頻域的快速傅里葉變換及其改進算法進行分析，測量精度和適用范圍有一定局限性而國外算法受專利嚴格保護，價格非常昂貴。

毫米波雷達技術上的發(fā)展趨勢是模塊化和精確化，同時降低了成本，方便大規(guī)模裝配到汽車中。在雷達射頻前端，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體積更小 。在信號處理系統(tǒng)方面，也出現(xiàn)了MCU+DSP，F(xiàn)PGA+DSP雙核架構，可以滿足更高要求的信號處理需求。在毫米波雷達市場中，截至2016年，世界前三大廠商博世（占市場份額22%） 、大陸（占市場份額22%）和海拉（占市場份額13%）占據(jù)了全球一半以上的市場份額。中國市場中毫米波雷達全部依賴進口，還沒有自主雷達產品，但國內廠商，比如華域汽車、森思泰克、杭州智波等已完成了24GHz雷達的實驗室開發(fā)，除了基本的測距、測速功能外，還能夠實現(xiàn)盲點偵測、車道切換輔助等功能，解決了產品形態(tài)的國產化問題，相應的產品預計在2017年年底出現(xiàn)。

毫米波防撞雷達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，毫米波防撞雷達必將是國內外廠商的基本車型上必不可少的傳感器。我國在毫米波防撞雷達的研制上仍處于追趕學習階段，但是研發(fā)的進展非常迅速。隨著更多的企業(yè)進入到毫米波雷達的領域中，預計在不久的將來，國內廠商的技術水平將達到國際領先。