雷達(dá)技術(shù)在高級輔助駕駛系統(tǒng)(ADAS)的應(yīng)用

為什么會提出雷達(dá)系統(tǒng)這個話題?每年，全球約有130萬人死于交通事故，而在交通事故中受重傷的更是多達(dá)幾百萬。雷達(dá)技術(shù)在高級輔助駕駛系統(tǒng) (ADAS) 的應(yīng)用至關(guān)重要，能夠有效避免交通事故的發(fā)生并挽救生命。

全球各地出臺了多項新規(guī)，并制定了地區(qū)性新車評估計劃 (NCAP) 評級標(biāo)準(zhǔn)，推動了雷達(dá)的加速普及。例如，許多地區(qū)已頒布了相關(guān)法規(guī)或五星安全評級標(biāo)準(zhǔn)，強制要求車輛部署自動緊急制動、盲點檢測及易受傷害道路使用者的檢測等功能。

圖1：ADAS和自動駕駛的級別

汽車工程師協(xié)會 (SAE) 定義了自動駕駛的6個級別，其中L0是無自動化，而ADAS正在逐步演變?yōu)轳{駛員輔助、部分自動化、有條件自動駕駛，最終發(fā)展為全自動駕駛的L5級汽車。這些正在推動著ADAS的普及并逐步提高自動化程度。

L2到L3的飛躍

L3自動駕駛汽車的事故責(zé)任主要由汽車廠商而非駕駛員承擔(dān)。汽車廠商在努力解決滿足L3等級的設(shè)計復(fù)雜性問題，而同時，人們的注意力已經(jīng)轉(zhuǎn)向過渡性等級，并推進(jìn)了它的發(fā)展進(jìn)程。在傳感器技術(shù)方面，從L2到L3存在顯著差異。L2+的功能與L3類似，供駕駛員作為備份選擇，減少了額外的冗余需求。

圖2：從L2+級向自動駕駛轉(zhuǎn)變的市場預(yù)測(2021-2030)

知名市場研究與戰(zhàn)略咨詢公司Yole Development的最新報告表明，隨著L0-L2汽車的銷量開始下降，L2+汽車的銷量可能會穩(wěn)步增長，到2030年市場份額將達(dá)到近50%。L2+還允許OEM逐步推出先進(jìn)的安全和舒適功能，為傳感器技術(shù)的成熟留出更多時間。在此期間，駕駛員繼續(xù)擔(dān)任輔助角色，同時OEM可以優(yōu)化功能和成本之間的平衡，并逐步推出L3“輕型”汽車。

傳感器技術(shù)：沒有單一的解決方案

實現(xiàn)ADAS和自動駕駛的主要傳感器技術(shù)有三種：雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)(LiDAR，即光探測和測距)。每種技術(shù)都有其獨特的優(yōu)勢和劣勢，總而言之，目前還沒有主流的傳感器技術(shù)解決方案。

雷達(dá)和攝像頭在很大程度上相輔相成，由于兩者發(fā)展較成熟且性價較高，現(xiàn)已廣泛部署在L1和L2汽車上。例如，雷達(dá)在測速和測距方面表現(xiàn)非常出色，但卻無法捕捉色彩信息。傳統(tǒng)雷達(dá)的角分辨率比攝像頭和激光雷達(dá)低很多。相比之下，攝像頭適用于圖案和色彩檢測，但受環(huán)境影響較大。例如，攝像頭在強光、夜晚、霧霾和雨雪等惡劣環(huán)境下效果較差。另一方面，RADAR幾乎不受惡劣天氣情況的影響，能夠在強光、黑暗的條件下可靠地工作。

激光雷達(dá)的主要優(yōu)勢在于其超精密的水平和垂直角分辨率，以及其精細(xì)的距離分辨率。因此，它適用于高分辨率3D環(huán)境測繪，能夠精準(zhǔn)地探測自由空間、邊界和定位。然而，它與攝像頭都容易受到惡劣天氣或路況的影響。

對于L2+和L3級別的主流乘用車來說，高昂的成本才是攔路虎。在這方面，4D成像雷達(dá)與傳統(tǒng)雷達(dá)相比分辨率更高，一經(jīng)問世便驚艷了整個世界，正在成為激光雷達(dá)的替代產(chǎn)品。

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成像雷達(dá)的發(fā)展

早期，雷達(dá)技術(shù)主要用于探測其他車輛。從本質(zhì)上說，這些都是測量速度和距離的2D傳感器。然而，當(dāng)今先進(jìn)的雷達(dá)技術(shù)基本上都是4D傳感器。除了測量速度和距離，4D傳感器還能夠測量水平和垂直角度。這一功能使車輛能夠看到汽車，更重要的是，還可以看到行人、自行車和較小的物體。

圖3：成像雷達(dá)可以區(qū)分汽車、行人和其他物體。

對于低端車(L2+)，重點是在車輛周圍設(shè)置360度的屏障(業(yè)內(nèi)流行語是“角雷達(dá)”)。顧名思義，至少有四個，但通常有六七個高分辨率雷達(dá)傳感器節(jié)點，因為側(cè)面可能安裝額外的“填隙”雷達(dá)。在光線昏暗的條件下，城市自動駕駛儀可以看到一個孩子正站在兩輛停放不動的汽車之間。

對于高端車 (L4及以上)，車輛可以看到更小的物體并采用更高的分辨率，成像雷達(dá)可以對車輛周圍進(jìn)行全面的環(huán)境感知，能夠在前后較遠(yuǎn)范圍內(nèi)檢測危險物并采取措施規(guī)避危險。檢測距離未來能達(dá)到300米甚至更遠(yuǎn)。高速公路自動駕駛儀能夠檢測到卡車后方高速駛來的摩托車，并對此做出反應(yīng)。

成像雷達(dá)的未來

推動成像雷達(dá)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)要素是從24GHz遷移到77GHz，如砷化鎵 (GaAs) 或鍺硅 (SiG) 技術(shù)向標(biāo)準(zhǔn)的純RF CMOS工藝遷移。其他發(fā)展包括從低通道數(shù)到高通道數(shù)的高級MIMO配置，從基礎(chǔ)處理到使用專用加速器和DSP內(nèi)核的高性能處理，以及先進(jìn)的雷達(dá)信號處理技術(shù)。

恩智浦運用這些技術(shù)研發(fā)了S32R45雷達(dá)處理器，該處理器與TEF82xx RF-CMOS雷達(dá)收發(fā)器配合使用，搭載一定數(shù)量的天線，能夠提供點云成像。這為OEM發(fā)展4D成像雷達(dá)功能提供了高性價比的解決方案，優(yōu)化了L2+的汽車產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。除此之外，還有一些必不可少的外設(shè)，如安全電源管理和車載網(wǎng)絡(luò)組件。所有這些共同構(gòu)成了雷達(dá)節(jié)點，恩智浦的定位是覆蓋整個系統(tǒng)。

如需深入了解成像雷達(dá)的更多信息，你也可通過下面這個視頻，查看恩智浦4D成像雷達(dá)現(xiàn)場演示，了解技術(shù)運行過程。

本文作者

Huanyu Gu，恩智浦半導(dǎo)體的產(chǎn)品營銷和業(yè)務(wù)開發(fā)。Huanyu在德國漢堡工作，負(fù)責(zé)恩智浦半導(dǎo)體高級駕駛輔助系統(tǒng)的產(chǎn)品營銷和業(yè)務(wù)開發(fā)。負(fù)責(zé)高級駕駛輔助系統(tǒng)業(yè)務(wù)之前，他在半導(dǎo)體營銷和業(yè)務(wù)開發(fā)方面擁有多年經(jīng)驗，涉及各種汽車應(yīng)用領(lǐng)域，如安全汽車門禁和汽車信息娛樂系統(tǒng)。

原文標(biāo)題：4D成像雷達(dá)，會成為激光雷達(dá)的替代品嗎?

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審核編輯：湯梓紅