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

當毫米波雷達第一次出現(xiàn)在市場上時，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，隨著毫米波雷達和關(guān)鍵的輔助駕駛安全功能捆綁，它也成為汽車主動安全的代名詞。隨著汽車行業(yè)往智能化方向發(fā)展，雷達相對于其他傳感器類型的優(yōu)勢使它向更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域進發(fā)。

▲圖1. 智能汽車中毫米波雷達的作用

半導體公司基于CMOS的單芯片解決方案的量產(chǎn)正在加速毫米波雷達的部署，單芯片一方面降低了整個77Ghz雷達的研發(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位置，速度等信息都能進行多傳感器的融合判斷，這也加速了毫米波雷達在汽車和工業(yè)領(lǐng)域的使用。其77G 4D雷達可以做到火柴盒大小，是傳統(tǒng)毫米波雷達 （ABCD Autoliv、Bosch、Continental、Delphi） 的一半大小。長距雷達測距能達到250米，角度分辨率小于3度，行人和自行車檢測性能突出。量產(chǎn)價格可以讓傳統(tǒng)毫米波雷達做到價格更低。

▲圖2. 毫米波雷達模組的進化，使得更多的玩家進入這個領(lǐng)域

 

自動駕駛使用的毫米波雷達

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

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

隨著自動輔助駕駛往高階進化，自動駕駛感知系統(tǒng)對感知的準確性和可靠性提出高要求的同時，也對傳感器提出了“全天候工作”“探測距離更遠” “感知信息維度更多/更精準”的要求。

全球很多車企開始配置5個毫米波雷達，未來可能會配置8個毫米波雷達，很多感知方案使用攝像頭和毫米波雷達做數(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。主要有以下幾個優(yōu)勢：

(1）探測范圍更長

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

(2）檢測物體更為精確

傳統(tǒng)超聲波傳感器的最近檢測距離約為10-15 厘米，AWR1843AOP可以檢測距離最近 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，同時可以檢測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，在實驗的場景下包括塑料路錐、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 12 個） ，毫米波雷達的視野覆蓋范圍更廣，可和視覺一起實現(xiàn) 360 度覆蓋能力。AWR1843AOP 的 140 度垂直視野能夠檢測低處物體，例如路牙子的石頭、寵物和停車場里面的各種奇奇怪怪的東西。寬視場和高范圍分辨率，可以同時檢測和區(qū)分多個靜態(tài)對象。。

▲圖3. 在泊車系統(tǒng)中的毫米波雷達

▲圖4. 毫米波雷達檢測停車場中的各種物體

座艙毫米波檢測

座艙的技術(shù)中，現(xiàn)在比較流行手勢檢測——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。

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

▲圖5. 座艙里面毫米波雷達使用

毫米波傳感器的特點，是可以在不同的光線條件下運行 （在陽光直射下，攝像頭容易誤報） ，通過3D 點云信息為系統(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芯片上 ，TI 的智能集成毫米波芯片可在一個器件上提供多種功能，這種類似于讓毫米波雷達具備獨立的功能，和整個智能座艙搭配一起使用。

當汽車處在停放狀態(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。

當汽車處在正常狀態(tài)時，傳感器可以進行手勢檢測。

這樣做的好處，主要是簡化座艙內(nèi)傳感器的配置，可以實現(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，甚至第二排或第三排座位中，實現(xiàn)更加個性化的應(yīng)用 （例如照明、娛樂屏幕或乘客對溫度或音頻的調(diào)節(jié)） 。

 

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

隨著工業(yè)和消費領(lǐng)域自動化需求的提升和發(fā)展，毫米波雷達的應(yīng)用范圍正超出車載領(lǐng)域，逐漸向智慧城市、樓宇自動化、健康監(jiān)護等行業(yè)擴展。特別是單片化毫米波雷達模組的出現(xiàn)，使得毫米波雷達芯片半導體企業(yè)在推動全產(chǎn)業(yè)鏈的推進。