ADAS都这么热门了,你还不了解毫米波雷达?

发布时间:2017年10月30日 09:42:29    浏览数:730次    来自:网络
ADAS都这么热门了,你还不了解毫米波雷达?-即便你还没有听过ADAS,自动驾驶你一定不会陌生。随着谷歌、百度的自动驾驶汽车上路,许多人也对这项技术充满期待。不过目前大部分汽车还处在ADAS(高级驾驶辅助系统)应用普及的阶段,在这个阶段中毫米波雷达就不得不提。

即便你还没有听过ADAS,自动驾驶你一定不会陌生。随着谷歌、百度的自动驾驶汽车上路,许多人也对这项技术充满期待。不过目前大部分汽车还处在ADAS(高级驾驶辅助系统)应用普及的阶段,在这个阶段中毫米波雷达就不得不提。

国际自动机工程师学会将智能驾驶的等级分为五个等级,目前我们正处于ADAS阶段。ADAS(Advanced Driver AssistantSystem)的普及是未来无人驾驶实现的先行条件,是提高汽车主动安全性能的技术基础。

ADAS系统分为环境感知、计算分析、控制执行三大模块。其中传感器在环境感知模块中具有重要的作用,多种传感器融合应用是未来必然趋势,毫米波雷达将率先成为ADAS系统主力传感器。那么,毫米波雷达是什么?

毫米波雷达是什么?

通常将波长为1~10毫米的电磁波称毫米波(millimeter wave ),它位于微波与远红外波相交叠的波长范围,具有以下四个特点:

极宽的带宽:通常认为毫米波频率范围为26.5~300GHz,带宽高达273.5GHz。超过从直流到微波全部带宽的10倍。即使考虑大气吸收,在大气中传播时只能使用四个主要窗口,但这四个窗口的总带宽也可达135GHz,为微波以下各波段带宽之和的5 倍。这在频率资源紧张的今天无疑极具吸引力。

•波束窄:在相同天线尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一个 12cm的天线,在9.4GHz时波束宽度为18度,而94GHz时波速宽度仅1.8度。因此可以分辨相距更近的小目标或者更为清晰地观察目标的细节。

•与激光相比:毫米波的传播受气候的影响要小得多,可以认为具有全天候特性。

•和微波相比:毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系统更容易小型化。

由于毫米波雷达相比厘米波雷达具有体积小、易集成和空间分辨率高的特点。早期被应用于军事领域,随着雷达技术的发展与进步,毫米波雷达传感器开始应用于汽车电子、无人机、智能交通等多个领域。车载毫米波雷达工作的频段为24GHz和77GHz,少数国家(如日本)采用60GHz频段。


车载毫米波雷达的原理

根据辐射电磁波方式不同,毫米波雷达主要有脉冲体制以及连续波体制两种工作体制。

调频连续波雷达系统工作原理

车载毫米波雷达通过天线向外发射毫米波,接收目标反射信号,经后方处理后快速准确地获取汽车车身周围的物理环境信息(如汽车与其他物体之间的相对距离、相对速度、角度、运动方向等),然后根据所探知的物体信息进行目标追踪和识别分类,进而结合车身动态信息进行数据融合,最终通过中央处理单元(ECU)进行智能处理。经合理决策后,以声、光及触觉等多种方式告知或警告驾驶员,或及时对汽车做出主动干预,从而保证驾驶过程的安全性和舒适性,减少事故发生几率。

车载毫米波雷达的分类和作用

根据毫米波雷达的有效范围,可以将车载毫米波雷达分为长距离雷达(LRR)和中距离雷达(MRR)以及短距离雷达(SRR)。

短距毫米波雷达的功能

长距毫米波雷达的功能

车载毫米波雷达核结构

MMIC芯片和天线PCB板是毫米波雷达的硬件核心,以FMCW汽车雷达系统为例,主要包括天线、收发模块、信号处理模。

1)前端单片微波集成电路(MMIC):它包括多种功能电路,如低噪声放大器(LNA)、功率放大器、混频器、甚至收发系统等功能。具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高、抗电磁辐射能力强等特点。

毫米波雷达的关键部件前端单片微波集成电路(MMIC)技术由在国外半导体公司掌控,而高频的MMIC只掌握在英飞凌、飞思卡尔等极少数国外芯片厂商手中。国内的MMIC仍处于起步状态,厦门意行和南京米勒为正在研发雷达MMIC,相关性能仍有待验证。

2)雷达天线高频PCB板:毫米波雷达天线的主流方案是微带阵列,简单说将高频PCB板集成在普通的PCB基板上实现天线的功能,需要在较小的集成空间中保持天线足够的信号强度。77Ghz雷达更高规格的高频PCB板,77GHz雷达的大范围运用将带来相应高频PCB板的巨大需求。

相比于第2代LRR需要用几个砷化镓芯片生成、放大并检测77GHz微波,Bosch第3代LRR极大简化了雷达天线PCB板,仅使用1或2个英飞凌硅锗芯片。

▲Bosch各代LRR雷达拆解图和RF模组演进

(资料来源:Bosch、中国中投证券研究总部)

车载雷达前端MMIC芯片和结构图

雷达天线高频PCB板和结构图

(资料来源:Infineon、Schweizer、中国中投证券研究总部)

车载毫米波雷达的应用

毫米波雷达目前主要应用于中高端车型,随着大众对汽车主动安全性能的认可度增加,ADAS相关产品将逐渐向低端车型普及。

完全实现ADAS各项功能一般需要“1长+4中短”5个毫米波雷达。目前全新奥迪A4采用5个毫米波雷达(1长+4短),奔驰的S级采用7个毫米波雷达(1长+6短)。

以自动跟车型(Stop  Go)ACC功能为例,一般需要3个毫米波雷达。车正中间一个77GHz的LRR,探测距离在150-250米之间,角度为10度左右;车两侧各一个24GHz的MRR,角度都为30度,探测距离在50-70米之间。

AEB是最有实际意义的ADAS功能,未来会成为中高档汽车的标配,需要1个77GHz LRR。


车载毫米波雷达技术发展趋势

长期来看,最终车载毫米波雷达将会统一于77GHz频段(76-81GHz),该频段带宽更大、功率水平更高、探测距离更远;相比于24GHz,物体分辨准确度提高2-4倍,测速和测距精确度提高3-5倍,能检测行人和自行车;且设备体积更小,更便于在车辆上安装和部署。

77GHz频率范围是全球装配永久认可的权威频段,因此更适用于全球车辆平台。其中76-77GHz主要用于长距离毫米波雷达,77-81GHz主要用于中短距离毫米波雷达。

未来79GHz频段(77-81GHz)中短距离毫米波雷达会成为中距离MRR的主流,且有望全面替代24GHz短距离雷达,取代周期取决于各国工业水平、市场趋势及政策力度。



标签: ROSClubadas毫米波雷达自动驾驶

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