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淺析自動駕駛之毫米波雷達的工作原理與發(fā)展前景

2022-01-22 00:38:11·  來源：全球智能汽車供應(yīng)鏈  
　
隨著自動駕駛的浪潮越來越大，各個智能傳感器也隨之成了這股浪潮中的獨一無二的寵兒，然而在眾多車載傳感器之中，資本仿佛就只記住了攝像頭和激光雷達，其他車載
隨著自動駕駛的浪潮越來越大，各個智能傳感器也隨之成了這股浪潮中的獨一無二的寵兒，然而在眾多車載傳感器之中，資本仿佛就只記住了攝像頭和激光雷達，其他車載傳感器仿佛成了失寵的“廢柴”。
01 毫米波雷達工作原理
在這些“廢柴”中，毫米波雷達絕對是一個隨時可以逆襲翻身的黑馬王子，毫米雷達翻身的基礎(chǔ)條件就是，它擁有在全天候工作的良好性能，完全不會受到不良天氣和夜晚等環(huán)境的干擾，而像激光雷達就會受到雨雪霧霾等天氣環(huán)境的影響；此外，毫米波雷達的測距在200米左右都可以輕松勝任，雖然存在分辨率較低，成像難度也較高，無法識別圖形等缺陷，但隨著技術(shù)的進步，諸多缺點不然會不斷被完善。
因此目前的毫米被雷達因為技術(shù)相對成熟，成本也比較低，并且在不良的天氣下表現(xiàn)良好，因此將成為感知設(shè)備中重要的一環(huán)，但由于其分辨率較低，因此不能作為激光雷達的替代產(chǎn)品，而是作為激光雷達的重要補充設(shè)備。
毫米波雷達的工作原理是通過發(fā)出和接收實質(zhì)性的電磁波，毫米波的頻段比較特殊，高于無線電，低于可見光和紅外線，頻率范圍在10GHz~200GHz 之間，屬于微波的范疇，波長在1mm~1cm 之間，毫米波的這個頻段和波長范圍及特性適合車載雷達的應(yīng)用，如側(cè)向警示、倒車警示等。
毫米波雷達對方位的探測，原理就是使用較窄的波束，因為目標(biāo)出現(xiàn)在大范圍波束中無法精確判斷方位，手段就是利用毫米波雷達波長短的特性，大量使用陣列天線來構(gòu)成窄波束，車載雷達在3~5°，有效提高了方位精度。
毫米波雷達通過發(fā)射電磁波并通過檢測回波來探測目標(biāo)的有無、距離、速度和方位。由于毫米波雷達發(fā)射出去的電磁波是一個錐狀的波束，造成了本身的優(yōu)缺點，優(yōu)點，可靠，因為反射面大，缺點，就是分辨力不高。
毫米波目前主要按頻率分為24GHz、77GHz、79GHz三類，24GHz為短波雷達，感測距離從0.1５公尺至約30公尺左右，主要作為停車輔助(Parking Assist) ；77GHz感測距離從1公尺至約100公尺左右，主要作為盲點探測 (Blind Spot Detection) ；79GHz感測范圍可到250公尺，因此運用在主動巡航系統(tǒng)(AdaptiveCruise Control)與汽車前向碰撞報警系統(tǒng)(ForwardCollision Warning System)，讓車主有足夠的時間來煞車或閃避。
近年來毫米波雷達也開始應(yīng)用在車內(nèi)的駕駛偵測與車機操作，運用60GHz頻率的雷達在偵測駕駛者的手勢用于控制車機接口、偵測乘客數(shù)量與種類來提供安全性的輔助 。而77GHz頻率的雷達是不被開放在車內(nèi)使用。
車載毫米波雷達主要是由天線、收發(fā)模塊、信號處理模塊、以及報警模塊四個部分，其中的射頻收發(fā)前端就是毫米波雷達的核心部件，國內(nèi)外的相關(guān)企業(yè)對此都有很深的研究，并且取得了很大的進展，例如波導(dǎo)結(jié)構(gòu)前端，微帶結(jié)構(gòu)前端以及前端的單片集成等前端結(jié)構(gòu)已經(jīng)被研發(fā)成功。一個典型的射頻前端主要包括天線、線性VCO、放大器、平衡混頻器部分。前端混頻輸出的中頻信號經(jīng)過中頻放大送至后級數(shù)據(jù)處理部分。數(shù)據(jù)處理部分的基本目標(biāo)是消除不必要信號（如雜波）和干擾信號，并對經(jīng)過中頻放大的混頻信號進行處理，從信號頻譜中提取目標(biāo)距離和速度等信息。
02 毫米波雷達在自動駕駛中的應(yīng)用
自動駕駛的底層支撐基本可以分為，傳感器、高精地圖和計算平臺這三個部分，毫米波雷達便是自動駕駛感知層中的主流傳感器，其實車載毫米波雷達在20世紀(jì)60年代就開始了，最先在德國、美國、日本等發(fā)達國家內(nèi)開始研究的，一直到了本世紀(jì)才隨著汽車市場的迅速擴長，毫米波雷達才開始了自己的上車之路。
在毫米波雷達的發(fā)展進程中，適中有一個難以繞開的問題，那就是車載毫米波雷達的頻段劃分，因為要避免車載毫米雷達與其他設(shè)備頻段的沖突，因此需要為車載毫米波雷達劃分專屬的頻段，在2015年日內(nèi)瓦世界無線電通信大會將77.5-78.0GHz頻段劃分給無線電定位業(yè)務(wù)之前，各國頻段的劃分都不一樣，此次大會之后，其中76-81GHz都屬于車載雷達，就此才為全球車載毫米波雷達的頻率統(tǒng)一指明了方向。
隨著谷歌、百度的自動駕駛汽車上路，許多人也對自動駕駛技術(shù)充滿期待。不過目前大部分汽車還處在ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）應(yīng)用普及的階段，在這個階段中毫米波雷達就起到了很大的作用。
國際自動機工程師學(xué)會將智能駕駛的等級分為五個等級，目前我們正處于ADAS階段。ADAS（Advanced Driver AssistantSystem）的普及是未來無人駕駛實現(xiàn)的先行條件，是提高汽車主動安全性能的技術(shù)基礎(chǔ)。
03 車載毫米波雷達的市場前景
隨著自動駕駛的發(fā)展步伐越來越快，毫米波雷達的市場也越來越大，目前毫米波雷達技術(shù)主要是由博世、大陸、電裝、奧托立夫、以及德爾福等傳統(tǒng)零部件巨頭所壟斷，此方面的尖端技術(shù)和廠商基本都集中在國外。
于此同時，由于國外對我國的技術(shù)封鎖以及人才短缺、元器件進口依賴等，對于毫米波雷達尤其是 77GHz 毫米波雷達的技術(shù)難度大。但由于毫米波雷達市場空間大、潛力足，所以國內(nèi)近期涌現(xiàn)出多家相關(guān)公司，有望逐步取得技術(shù)和市場上的突破。
其中 24GHz 已取得快速進展。目前，蕪湖森思泰克，湖南納雷、亞太股份的杭州智波等企業(yè)已推出多款產(chǎn)品化的 77 GHz 、24 GHz 毫米波雷達，華域汽車、南京隼眼等企業(yè)也在進行相關(guān)的產(chǎn)品研發(fā)。除此之外，廈門意行半導(dǎo)體的 24 GHz 毫米波雷達芯片 SG24T1 作為首枚國產(chǎn)毫米波雷達芯片已于 2016 年已量產(chǎn)。
在國內(nèi)外毫米波雷達技術(shù)參數(shù)對比中，國內(nèi)產(chǎn)品在精度、距離等方面差距仍然明顯，隨著毫米波雷達國產(chǎn)化的不斷推進，預(yù)計在未來的兩到五年，國產(chǎn) 24 GHz 毫米波雷達會有長足的發(fā)展，并憑借成本等優(yōu)勢搶占國內(nèi)市場，技術(shù)相對困難的 77 GHz 毫米波雷達國產(chǎn)化也會快速推進，并在三到十年內(nèi)逐漸取代 24 GHz 毫米波雷達。
文章來源：
1.《自動駕駛汽車傳感器技術(shù)解析——毫米波雷達》-阿里巴巴測試開發(fā)（Ares shi）
2.《自動駕駛毫米波雷達發(fā)展及原理漫談》-百度高級研發(fā)工程師（李科男）
3.《毫米波雷達在無人駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用》-浩數(shù)投資視點（小陽）
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