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ADAS系統無(wú)人駕駛的眼睛毫米波雷達 汽車(chē)已經(jīng)進(jìn)入無(wú)人駕駛探索階段，可以主動(dòng)防護汽車(chē)駕駛安全的高級駕駛輔助系統(以下簡(jiǎn)稱(chēng)：ADAS)技術(shù)也正在逐步的完善。 ADAS簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是讓汽車(chē)有感知系統，可感受環(huán)境的變化并隨時(shí)做出響應。如何完成這種感知呢？ 這就需要ADAS利用車(chē)上的各種傳感器來(lái)收集汽車(chē)在行駛時(shí)周?chē)沫h(huán)境狀態(tài)，比如靜態(tài)、動(dòng)態(tài)物體的識別等，收集之后再進(jìn)行系統的運算和分析，讓駕駛者可以準確的預判即將發(fā)生的危險，從而保證駕駛安全。 ADAS傳感器種類(lèi)很多，有攝像頭、超聲波傳感器、激光雷達、毫米波雷達等。前面3種均很容易受惡劣天氣(雨霧等)的影響而導致性能降低，甚至失效，或多或少都存在“致命”的缺陷！ 但是毫米波雷達就不一樣，它憑借可穿透塵霧、雨雪，不受惡劣天氣影響等優(yōu)點(diǎn)，且能夠“24小時(shí)全天時(shí)”工作，成為了汽車(chē)ADAS不可或缺的核心傳感器之一。 1：什么是毫米波？它和其他波的區別？ 1)工作在毫米波波段(millimeter wave )探測的雷達。工作頻段一般為30GHz ~ 300 GHz， 波長(cháng) 1~10mm，介于微波和厘米波之間，兼具有微波雷達和光電雷達的一些優(yōu)點(diǎn)； 2)毫米波雷達具有體積小、易集成和空間分辨率高的特點(diǎn)。 3)車(chē)載毫米波雷達的工作頻率為一般為 24GHz 和77GHz ；  根據波的傳播理論，頻率越高，波長(cháng)越短，分辨率越高，穿透能力越強，所以與其他微波相比，毫米波的分辨率高、指向性好、抗干擾能力強和探測性能好。與紅外相比，毫米波的大氣衰減小、對煙霧灰塵具有更好的穿透性、受天氣影響小。這些特質(zhì)決定了毫米波雷達具有全天時(shí)、全天候的工作能力。 車(chē)載毫米波雷達主要集中在24GHz和77GHz這2個(gè)頻段： 24GHz 雷達主要實(shí)現近程和中程探測，可用于汽車(chē)盲點(diǎn)監測、車(chē)道偏離預警、泊車(chē)輔助等功能。24GHz雷達是最早劃分出來(lái)民用的，很長(cháng)時(shí)間內汽車(chē)上都用這個(gè)。但是現在歐美對24GHz使用帶寬有所限制，并且24GHz雷達的天線(xiàn)體積因為波長(cháng)的原因相對較大。 77GHz 雷達可以實(shí)現遠程探測，可用于自動(dòng)緊急制動(dòng)、自適應巡航、前向碰撞預警等主動(dòng)安全領(lǐng)域的功能。77GHz雷達也可以實(shí)現短距和中短距離的汽車(chē)應用。77GHz的波長(cháng)是3.9mm，是真正意義上的毫米波，正逐步取代24GHz，成為汽車(chē)領(lǐng)域主流的傳感器。  1)前端單片微波集成電路(MMIC) ( 供應商：英飛凌、飛思卡爾 、廈門(mén)意行和南京米勒；)它包括多種功能電路，如低噪聲放大器(LNA)、功率放大器、混頻器、甚至收發(fā)系統等功能； 特點(diǎn)：電路損耗小、噪聲低、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、功率大、附加效率高、抗電磁輻射能力強等特點(diǎn)； 2)雷達天線(xiàn)高頻PCB板：毫米波雷達天線(xiàn)的主流方案是微帶陣列，即將高頻PCB板集成在普通的PCB基板上實(shí)現天線(xiàn)的功能，需要在較小的集成空間中保持天線(xiàn)足夠的信號強度。 3：毫米波雷達基本工作原理 1)利用高頻電路產(chǎn)生特定調制頻率(FMCW)的電磁波，并通過(guò)天線(xiàn)發(fā)送電磁波和接收從目標反射回來(lái)的電磁波，通過(guò)發(fā)送和接收電磁波的參數來(lái)計算目標的各個(gè)參數。 2)可以同時(shí)對多個(gè)目標進(jìn)行測距、測速以及方位測量；測速是根據多普勒效應，而方位測量(包括水平角度和垂直角度)是通過(guò)天線(xiàn)的陣列方式來(lái)實(shí)現的。  毫米波雷達基本工作原理示意圖 4：毫米波雷達的工作體制 1)工作體制 ：根據輻射電磁波方式不同，毫米波雷達主要有脈沖體制以及連續波體制兩種工作體制。其中連續波又可以分為FSK(頻移鍵控)、PSK(相移鍵控)、CW(恒頻連續波)、FMCW(調頻連續波)等方式。  毫米波雷達不同工作體制 2)FMCW調頻連續波雷達的不同調制形式： a、正弦波調制 b、鋸齒式波調制 c、三角波調制 不同調頻方式的雷達硬件構成基本相同，只有小部分電路模塊、電路參數與信號處理算法有所區別；對于單個(gè)靜止物體的測量，鋸齒波調制方式即可滿(mǎn)足；對于運動(dòng)物體，多采用三角波調制方式； 5：毫米波雷達測距、側速、測方位角原理簡(jiǎn)介 測距：(TOF)通過(guò)給目標連續發(fā)送毫米波信號，然后用傳感器接收從物體返回的毫米波，通過(guò)探測毫米波的飛行(往返)時(shí)間來(lái)得到目標物距離。 測速：根據多普勒效應，通過(guò)計算返回接收天線(xiàn)的雷達波的頻率變化就可以得到目標相對于雷達的運動(dòng)速度，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是相對速度正比于頻率變化量。 測方位角：通過(guò)并列的接收天線(xiàn)收到同一目標反射的雷達波的相位差計算得到目標的方位角； 6：毫米波雷達在自動(dòng)駕駛功能上的應用 自動(dòng)駕駛采用的傳感器主要有攝像頭、毫米波雷達、激光、超聲波、紅外等。毫米波雷達傳輸距離遠，在傳輸窗口內大氣衰減和損耗低，穿透性強，可以滿(mǎn)足車(chē)輛對全天氣候的適應性的要求，并且毫米波本身的特性，決定了毫米波雷達傳感器器件尺寸小、重量輕等特性。很好的彌補了攝像頭、激光、超聲波、紅外等其他傳感器，在車(chē)載應用中所不具備的使用場(chǎng)景。 把毫米波雷達安裝在汽車(chē)上，可以測量從雷達到被測物體之間的距離、角度和相對速度等。利用毫米波雷達可以實(shí)現自適應巡航控制(AdaptiveCruiseControl)，前向防撞報警(ForwardCollisionWarning)，盲點(diǎn)檢測(BlindSpotDetection)，輔助停車(chē)(Parkingaid)，輔助變道(Lanechangeassistant)，自主巡航控制(ACC)等高級駕駛輔助系統(ADAS)功能。比較常見(jiàn)的汽車(chē)毫米波雷達工作頻率在24GHz和77GH附近。24GHz雷達系統主要實(shí)現近距離探測(SRR)，而77GHz系統主要實(shí)現遠距離的探測(LRR)。 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(chē)后方;77GHz的雷達測量距離較長(cháng)(30～70m)，主要應用于汽車(chē)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、后端算法三部分。在現有的產(chǎn)品中，雷達后端算法的專(zhuān)利授權費用約占成本的50%，射頻前端約占成本的40%，信號處理系統約占成本的10%。 1、射頻前端：射頻前端通過(guò)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、信號處理系統：信號處理系統也是雷達重要的組成部分，通過(guò)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(lèi)型的目標信息。信號處理系統一般以DSP為核心，實(shí)現復雜的數字信號處理算法，滿(mǎn)足雷達的實(shí)時(shí)性需求。 3、后端算法：后端算法占整個(gè)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(shí)域、時(shí)頻分析多個(gè)角度提出了大量的算法，離線(xiàn)實(shí)驗的精度也較高。但是，國內的雷達產(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，測量精度和適用范圍有一定局限性而國外算法受專(zhuān)利嚴格保護，價(jià)格非常昂貴。 7：毫米波雷達發(fā)展進(jìn)程 車(chē)載毫米波雷達的研究始于20世紀60年代，研究主要在以德、美、日等發(fā)達國家內展開(kāi)。早期車(chē)載毫米波雷達發(fā)展緩慢，21世紀后隨著(zhù)汽車(chē)市場(chǎng)需求增長(cháng)開(kāi)始進(jìn)入蓬勃發(fā)展期。在毫米波雷達的發(fā)展進(jìn)程中，有一個(gè)繞不開(kāi)的問(wèn)題就是車(chē)載毫米波雷達頻段劃分。為避免與其他設備頻段沖突，車(chē)載雷達需要分配專(zhuān)屬頻段，各國頻段劃分略有不同。2015年日內瓦世界無(wú)線(xiàn)電通信大會(huì )將77.5-78.0GHz頻段劃分給無(wú)線(xiàn)電定位業(yè)務(wù)，以支持短距離高分辨率車(chē)載雷達的發(fā)展，從而使76-81GHz都可用于車(chē)載雷達，為全球車(chē)載毫米波雷達的頻率統一指明了方向。隨著(zhù)谷歌、百度的自動(dòng)駕駛汽車(chē)上路，許多人也對自動(dòng)駕駛技術(shù)充滿(mǎn)期待。不過(guò)目前大部分汽車(chē)還處在A(yíng)DAS(高級駕駛輔助系統)應用普及的階段，在這個(gè)階段中毫米波雷達就起到了很大的作用。 國際自動(dòng)機工程師學(xué)會(huì )將智能駕駛的等級分為五個(gè)等級，目前我們正處于A(yíng)DAS階段。ADAS(Advanced Driver AssistantSystem)的普及是未來(lái)無(wú)人駕駛實(shí)現的先行條件，是提高汽車(chē)主動(dòng)安全性能的技術(shù)基礎。ADAS系統分為環(huán)境感知、計算分析、控制執行三大模塊。其中傳感器在環(huán)境感知模塊中具有重要的作用，多種傳感器融合應用是未來(lái)必然趨勢，毫米波雷達將率先成為ADAS系統主力傳感器，接下來(lái)看看毫米波產(chǎn)業(yè)鏈全景圖。 8：全球毫米波雷達產(chǎn)業(yè)鏈全景圖  |
