自動(dòng)駕駛使用的毫米波雷達(dá)

在過去的 20 年里，毫米波雷達(dá)作為汽車傳感器已經(jīng)在技術(shù)方案中站穩(wěn)了腳跟。

當(dāng)毫米波雷達(dá)第一次出現(xiàn)在市場(chǎng)上時(shí)，是作為一種豪華車的配置（和現(xiàn)在的紅外夜視相似）。而如今，隨著毫米波雷達(dá)和關(guān)鍵的輔助駕駛安全功能捆綁，它也成為汽車主動(dòng)安全的代名詞。隨著汽車行業(yè)往智能化方向發(fā)展，雷達(dá)相對(duì)于其他傳感器類型的優(yōu)勢(shì)使它向更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)發(fā)。

▲圖1. 智能汽車中毫米波雷達(dá)的作用

半導(dǎo)體公司基于CMOS的單芯片解決方案的量產(chǎn)正在加速毫米波雷達(dá)的部署，單芯片一方面降低了整個(gè)77Ghz雷達(dá)的研發(fā)難度，另一方面使得產(chǎn)品的合格率與成本都發(fā)生很大變化。

單芯片的高度集成使得目標(biāo)位置，速度等信息都能進(jìn)行多傳感器的融合判斷，這也加速了毫米波雷達(dá)在汽車和工業(yè)領(lǐng)域的使用。其77G 4D雷達(dá)可以做到火柴盒大小，是傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)（ABCD Autoliv、Bosch、Continental、Delphi）的一半大小。長(zhǎng)距雷達(dá)測(cè)距能達(dá)到250米，角度分辨率小于3度，行人和自行車檢測(cè)性能突出。量產(chǎn)價(jià)格可以讓傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)做到價(jià)格更低。

▲圖2. 毫米波雷達(dá)模組的進(jìn)化，使得更多的玩家進(jìn)入這個(gè)領(lǐng)域

自動(dòng)駕駛使用的毫米波雷達(dá)

毫米波雷達(dá)的工作波段一般為30GHz-300GHz，波長(zhǎng)介于微波和厘米波（1mm-10mm）之間，目前成熟商用的車載毫米波雷達(dá)包括24GHz（MRR，短中距離雷達(dá)）和77GHz（LRR，長(zhǎng)距離雷達(dá)），后者體積小、功耗低、帶寬高、分辨率好、探測(cè)距離遠(yuǎn)。

24GHz MRR探測(cè)距離在70米以內(nèi)，適用于盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)（BSD）、變道輔助、、自動(dòng)緊急剎車（AEB）等場(chǎng)景，2021年12月工信部的《汽車?yán)走_(dá)無(wú)線電管理暫行規(guī)定》 “為推動(dòng)汽車智能化技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)發(fā)展，將76GHz-79GHz頻段規(guī)劃用于汽車?yán)走_(dá)”。從2022年3月1日正式實(shí)施起“將不再受理和審批24.25GHz-26.65GHz頻段汽車?yán)走_(dá)的無(wú)線電發(fā)射設(shè)備型號(hào)核準(zhǔn)申請(qǐng)”。77GHz LRR探測(cè)距離為數(shù)百米，主要應(yīng)用于自適應(yīng)巡航、自動(dòng)緊急剎車、前向碰撞預(yù)警（FCW）等場(chǎng)景。

隨著自動(dòng)輔助駕駛往高階進(jìn)化，自動(dòng)駕駛感知系統(tǒng)對(duì)感知的準(zhǔn)確性和可靠性提出高要求的同時(shí)，也對(duì)傳感器提出了“全天候工作”“探測(cè)距離更遠(yuǎn)” “感知信息維度更多/更精準(zhǔn)”的要求。

全球很多車企開始配置5個(gè)毫米波雷達(dá)，未來可能會(huì)配置8個(gè)毫米波雷達(dá)，很多感知方案使用攝像頭和毫米波雷達(dá)做數(shù)據(jù)融合，從傳統(tǒng)的后融合、結(jié)果融合，到混合式融合、前融合。

隨著毫米波雷達(dá)成本的降低，還有行車和泊車領(lǐng)域的融合，在泊車領(lǐng)域毫米波起到的作用比傳統(tǒng)的超聲波傳感器更大。主要有以下幾個(gè)優(yōu)勢(shì)：

（1）探測(cè)范圍更長(zhǎng)

通過感應(yīng)更遠(yuǎn)距離的物體，可以檢測(cè)到停車區(qū)附近的更多物體。以TI 的 AWR1843AOP 為例，可以檢測(cè)遠(yuǎn)至 50 m 的物體。

（2）檢測(cè)物體更為精確

傳統(tǒng)超聲波傳感器的最近檢測(cè)距離約為10-15 厘米，AWR1843AOP可以檢測(cè)距離最近 4 厘米的物體，可幫助泊車系統(tǒng)在狹窄、緊湊的停車位上使用，同時(shí)可以檢測(cè)靠近車輛的路緣石來提高泊車的成功率。圖4 顯示了毫米波雷達(dá)區(qū)分幾種不同大小和材料（包括木材、金屬和塑料）的類型物體的能力，在實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)景下包括塑料路錐、手推車、木樁和金屬樁。

（3）視野覆蓋范圍更廣

相比超聲波傳感器（通常多達(dá) 12 個(gè)），毫米波雷達(dá)的視野覆蓋范圍更廣，可和視覺一起實(shí)現(xiàn) 360 度覆蓋能力。AWR1843AOP 的 140 度垂直視野能夠檢測(cè)低處物體，例如路牙子的石頭、寵物和停車場(chǎng)里面的各種奇奇怪怪的東西。寬視場(chǎng)和高范圍分辨率，可以同時(shí)檢測(cè)和區(qū)分多個(gè)靜態(tài)對(duì)象。。

▲圖3. 在泊車系統(tǒng)中的毫米波雷達(dá)

▲圖4. 毫米波雷達(dá)檢測(cè)停車場(chǎng)中的各種物體 座艙毫米波檢測(cè)

座艙的技術(shù)中，現(xiàn)在比較流行手勢(shì)檢測(cè)——這是提供一種新的交互方式，揮一揮手即可控制車內(nèi)溫度、照明、窗戶、智能座艙系統(tǒng)等。

實(shí)現(xiàn)這種方案可以使用飛行時(shí)間傳感器 （ToF） 或攝像頭，在這方面座艙里面也可以使用毫米波雷達(dá)作為多功能傳感器，實(shí)現(xiàn)手勢(shì)控制和車內(nèi)感應(yīng)。能檢測(cè)多種手勢(shì)，例如揮手（從左到右、從右到左、從上到下、從下到上），TI 的 AWR6843AOP毫米波傳感器可實(shí)現(xiàn)高精度手勢(shì)檢測(cè)，可靈活放置在車輛中的任何位置（頂部控制臺(tái)或座艙儀表）。

▲圖5. 座艙里面毫米波雷達(dá)使用

毫米波傳感器的特點(diǎn)，是可以在不同的光線條件下運(yùn)行（在陽(yáng)光直射下，攝像頭容易誤報(bào)），通過3D 點(diǎn)云信息為系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)參數(shù)（如在車內(nèi)的距離、角度和速度）。多模式功能全部集于一個(gè)芯片上 ，TI 的智能集成毫米波芯片可在一個(gè)器件上提供多種功能，這種類似于讓毫米波雷達(dá)具備獨(dú)立的功能，和整個(gè)智能座艙搭配一起使用。

當(dāng)汽車處在停放狀態(tài)，汽車主要系統(tǒng)下電后，毫米波傳感器可以處于低功耗狀態(tài)，提供車內(nèi)兒童或入侵檢測(cè)。

當(dāng)汽車處在正常狀態(tài)時(shí)，傳感器可以進(jìn)行手勢(shì)檢測(cè)。

這樣做的好處，主要是簡(jiǎn)化座艙內(nèi)傳感器的配置，可以實(shí)現(xiàn)靈活的車內(nèi)布置（寬視野以及毫米波穿透材料感應(yīng)的能力）。根據(jù)應(yīng)用的不同，可以將傳感器集成到儀表板、頂部控制臺(tái)，甚至第二排或第三排座位中，實(shí)現(xiàn)更加個(gè)性化的應(yīng)用（例如照明、娛樂屏幕或乘客對(duì)溫度或音頻的調(diào)節(jié)）。

小結(jié)：毫米波雷達(dá)最早從軍事用途逐步往外走，實(shí)際上作為一種非接觸式傳感技術(shù)，毫米波雷達(dá)傳感器具有感測(cè)精準(zhǔn)、不易被干擾等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。

隨著工業(yè)和消費(fèi)領(lǐng)域自動(dòng)化需求的提升和發(fā)展，毫米波雷達(dá)的應(yīng)用范圍正超出車載領(lǐng)域，逐漸向智慧城市、樓宇自動(dòng)化、健康監(jiān)護(hù)等行業(yè)擴(kuò)展。特別是單片化毫米波雷達(dá)模組的出現(xiàn)，使得毫米波雷達(dá)芯片半導(dǎo)體企業(yè)在推動(dòng)全產(chǎn)業(yè)鏈的推進(jìn)。

審核編輯 ：李倩