毫米波雷達成像的案例
經緯恒潤新產品系列 | 4D成像毫米波雷達
當前，毫米波雷達由于不具備測高的能力，很難判斷前方靜止物體是在地面還是在空中。當遇到井蓋、減速帶、立交橋、交通標識牌等地面、空中物體時，無法準確測得物體的高度數據。如果將這樣的數據交給汽車，汽車就會出現頻繁剎車的問題。4D成像毫米波雷達的出現，將彌補這一缺陷。4D成像毫米波雷達在原有的距離、速度、方向的數據基礎上，增加了對目標的高度分析，將第4個維度整合到傳統(tǒng)毫米波雷達中，以更好地了解和繪制環(huán)境地圖，使得測到的交通數據更為精準。
產品介紹
經緯恒潤自研的兩款4D成像毫米波雷達，4D成像前雷達具備48發(fā)48收通道，4D成像角雷達具備24發(fā)12收通道。兩款產品在方位角和俯仰角具有高分辨能力，能夠區(qū)分、追蹤、識別數百個目標。對于小汽車目標，能夠探測到350m以上，遠距離探測的同時依然能夠保持寬闊的視野范圍，識別大范圍的高清細節(jié)圖像。48發(fā)48收共2304個虛擬通道，24發(fā)12收共288個虛擬通道，兩款產品均可以形成豐富的點云信息，甚至對目標進行輪廓的點云成像，因此可以稱之為真正意義上的成像雷達。
產品特點
· 支持100°×30°的超大視場角，涵蓋多個車道以及周圍環(huán)境信息
· 支持350m以上的道路目標探測，支持前前車檢測，更好的保證駕駛安全
· 高分辨率和高動態(tài)范圍提供了區(qū)分各種物體的能力，如卡車旁邊的摩托車、護欄旁邊的行人
未來規(guī)劃及展望
目前，隨著智能駕駛技術的不斷迭代，4D成像毫米波雷達作為一款性能優(yōu)秀的傳感器，已逐漸被行業(yè)所了解和接受，并期待其上車后對智能駕駛系統(tǒng)產生質的提升。
展開 4D毫米波成像雷達目標分類研究
4D毫米波成像雷達目標分類研究
經緯恒潤4D成像毫米波雷達亮相 CES 2024
image_process=/format,webp" data-initial-src="https://img.jishulink.com/202401/attachment/73b77de2a1cd44619e7c5e2007240a9f.jpg">
</figure>
</div><p> 經緯恒潤自主研發(fā)的4D成像毫米波雷達LRR610，具備48發(fā)48收通道，在方位和俯仰向均具有高分辨能力，可以形成豐富的點云信息，甚至可以對目標進行輪廓的點云成像，能夠區(qū)分、追蹤、識別數百個目標。因此，可以稱之為真正意義上的成像雷達。</p><div contenteditable="false" width="100%">
<figure class="figure-image" data-img="https://img.jishulink.com/202401/attachment/2d271024eb3f49b9afdad9a1c67ce08b.jpg" style="text-align: center">
<img src="https://img.jishulink.com/202401/attachment/2d271024eb3f49b9afdad9a1c67ce08b.jpg" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/202401/attachment/2d271024eb3f49b9afdad9a1c67ce08b.jpg?
展開 聚焦移動和固定業(yè)務毫米波雷達干擾等關鍵性問題，毫米波雷達無線電研究（內江）外場試驗即將開展
一、背景概述
隨著ADAS產業(yè)和無人駕駛行業(yè)的快速發(fā)展，毫米波雷達作為智能汽車核心傳感器之一，在推動自動駕駛、主動安全和無人駕駛過程中發(fā)揮著不可或缺的作用，同時毫米波雷達也在農業(yè)、民航、安防、邊防、軍事、醫(yī)療等領域存在著廣泛用途，是物聯網時代極其重要的基礎器件。根據相關信息統(tǒng)計，未來僅僅智能汽車領域的毫米波雷達年出貨數量將達到2億臺/年，產值達數十億美元。為此，毫米波雷達成為世界發(fā)達國家、資本和產業(yè)關注的領域，紛紛投入巨資開展毫米波雷達的創(chuàng)新和應用工作。
但是在毫米波雷達應用過程中，大量的整車和零部件產商發(fā)現毫米波雷達在同頻、鄰頻工作時，存在著不同程度的干擾和串擾等電磁兼容性問題。部分研究試驗甚至發(fā)現在飽和使用的條件下，嚴重的干擾甚至導致毫米波雷達的功能性能嚴重衰減，無法有效感知外部環(huán)境，對車輛、行人安全造成嚴重影響，因此世界各國和相關國際技術組織關注毫米波雷達的干擾串擾問題，并采取各種積極手段以保證毫米波雷達的安全可靠使用。
在歐洲，汽車雷達傳感器的輸出功率由歐洲電子通訊委員會（ECC）指定，基于ECC（04）03 決議授權“頻段77 至81 GHz 至被指定用于汽車短程雷達”，歐洲郵電電信管理局（CEPT）指定了79 GHz 頻段用于不受干擾和保護的短程雷達（SRR）設備。而且，平均功率密度限定為-3 dBm / MHz EIRP，峰值功率密度限制為55 dBm EIRP，并且SRR 設備產生的車外平均功率密度不得超過 –9 dBm / MHz EIRP。
展開 
ADAS推高毫米波雷達需求，上游企業(yè)如何跟進？
向低成本、小體積、低功耗、高集成發(fā)展
毫米波雷達的技術總的趨勢是朝著成本更低、體積更小、功耗更低、集成度更高的方向發(fā)展。在雷達芯片技術方面，高集成化的單片微波集成電路(MMIC)成為了主流，在工藝上先是SiGe替代了GaAs，當前正慢慢朝CMOS方向發(fā)展。利用CMOS工藝，不僅可將MMIC做得更小，甚至可以與微控制單元(MCU)和數字信號處理(DSP)集成在一起，實現更高的集成度，不僅能顯著地降低系統(tǒng)尺寸、功耗和成本，還能嵌入更多的功能。
頻段上，因為77GHz比24GHz雷達擁有更好的探測范圍和更大的可用帶寬，從而在距離分辨率和精度上有大幅提升，另外更小的波長也具有更小的體積和更強的抗干擾能力，正逐漸替代24GHz成為未來的主流。
另一方面，隨著毫米波雷達天線設計、調制技術和目標分辨率算法等方面不斷創(chuàng)新，比如合成孔徑雷達(SAR)、多輸入多輸出(MIMO)技術的突破，毫米波雷達在3D成像性能上正不斷接近現有的激光雷達性能，這些新型雷達甚至有取代部分激光雷達的趨勢。
ADAS普及率催生毫米波雷達需求
據麥姆斯咨詢報道，由于主要發(fā)達國家在新車評價規(guī)程(NCAP)中對汽車ADAS功能提出了更高的要求，促使ADAS的普及率迅速提升，從而推動毫米波雷達的需求增長。2017年全球毫米波雷達的出貨量較上年同期增長25%，達到4000萬個。預計2021年，全球毫米波雷達的出貨量將達到8400萬個，2017—2021年之間的復合年增長率為21.7%。預計2021年全球毫米波雷達市場規(guī)模將達到60億美元。
目前中國的汽車產量和銷量均已位居全球第一，2017年中國汽車預裝毫米波雷達的數量約有130萬個，其中24GHz雷達占比63.8%，77GHz雷達占比36.2%。
展開 自動駕駛毫米波雷達的原理分析和應用案例
例如比較常見的由于毫米波雷達散射特性導致的鏡像/多徑鬼影，橫穿的虛假目標，目標物角度估計錯誤，以及目標物漏報。
宏景智駕通過與攝像頭的經典目標物后融合策略可以很大程度的規(guī)避上述問題給各項功能帶來的影響。在AEB CNCAP的驗證中，宏景智駕就拿到了96分，5星+的評價，也就是說在保證行車安全的同時，也帶來更佳的駕乘體驗。宏景智駕的毫米波雷達+視覺的行泊一體方案目前已經在上汽、江淮等多款車型實現量產落地，同時也收獲了比亞迪等多個OEM定點訂單。
毫米波雷達前瞻預研
4D成像毫米波雷達將成為未來毫米波雷達研究和發(fā)展的主要趨勢。在宏景智駕相關負責人的介紹中，也證實了這一點：宏景智駕正在布局了4D成像毫米波雷達的算法開發(fā)。具體來說，在行車感知中，宏景智駕與某友商合作，使用4D成像毫米波雷達提供的點云信息來完成環(huán)境感知。雷達點云不僅可以在后融合中發(fā)揮目標物感知能力，同樣也可以在前融合/中融合等感知架構中提供更多的環(huán)境特征，特別是多普勒信息。此方案可以有效避免單一傳感器帶來的感知局限與算力局限。此外，例如動態(tài)標定(水平角度標定、俯仰角度標定)等量產功能也能夠在宏景智駕4D成像毫米波雷達感知算法中實現。
圖3 3-1 宏景智駕4D毫米波雷達感知；3-2對應場景4D毫米波雷達原始點云；3-3 對應場景攝像頭拍攝的照片(黑夜，雨霧)
從圖3中不難看出，4D毫米波雷達繼承了傳統(tǒng)毫米波雷達的優(yōu)點，應對雨雪霧黑夜場景的多普勒信息還增加了高度維度的信息，與主車外參標定后可以獲取目標物的高度屬性(上下方可穿行、等高)來判斷對功能影響。同時還給出了更加豐富的路沿點信息，總體來說，加強了系統(tǒng)魯棒性。
展開 毫米波雷達（RADAR）
概述
毫米波雷達產品包括前視中距毫米波雷達（MRR）、側視近距毫米波雷達（SRR）和車內人員檢測毫米波雷達（VODR），目前產品已定點江鈴、江淮、重汽等多家整車廠。各自在車身上的安裝位置及視野范圍如圖1所示，對應的外觀如圖2、圖3所示：
各毫米波雷達產品對應的功能如下:
MRR安裝于車身正前方，能夠對目標區(qū)域內的障礙物進行檢測與參數測量、跟蹤以及目標類型識別，可用于支撐L2及L2以上級別自動駕駛系統(tǒng)的FCW、AEB、ACC等功能
SRR安裝于車身四角，能夠對目標區(qū)域內的障礙物進行檢測與參數測量、跟蹤以及目標類型識別，主要用于支撐L2及L2以上級別自動駕駛系統(tǒng)的BSD、LCA、CTA等功能
VODR安裝于車內B柱頂端或后視鏡下方，目的在于當駕駛人員離開并鎖車后，能夠對車內環(huán)境進行自動檢測，若檢測出車內有人員遺留可以通過聲光報警或遠程報警等方式及時發(fā)出警告以提示車主，以防將兒童遺留在車內而造成慘劇
主要技術指標
展開 智能汽車中毫米波雷達的應用
在過去的 20 年里，毫米波雷達作為汽車傳感器已經在技術方案中站穩(wěn)了腳跟。
當毫米波雷達第一次出現在市場上時，是作為一種豪華車的配置
（和現在的紅外夜視相似）
。而如今，隨著毫米波雷達和關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用領域進發(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。
展開 車用毫米波雷達國外創(chuàng)業(yè)企業(yè)
▲圖1.國外的雷達初創(chuàng)企業(yè)Landscape
Part 1
國外的雷達初創(chuàng)企業(yè)是基于什么想法
毫米波雷達是基于多普勒原理，根據回波和發(fā)射波之間的時間差和頻率差來實現對目標物體距離、速度以及方位的測量。
根據輻射電磁波方式不同，毫米波雷達主要有脈沖和連續(xù)波兩種工作方式。其中連續(xù)波又可以分為FSK
（頻移鍵控）
、PSK
（相移鍵控）
、CW
（恒頻連續(xù)波）
、FMCW
（調頻連續(xù)波）
等方式。
毫米波雷達的開發(fā)是比較昂貴的，需要很多科研型人才才能做出原型，而在2016年毫米波雷達的市場大概在30億美金
（根據Yole的報告，2019年毫米波雷達的市場達到了205億美金，車用雷達在55億美金—更像是30億到55億美金）
，主要是老玩家所主導
（這個我會在第二部分闡述）
。
2017年的Vayyar、Arbe Robotics、Art Sys 360和Oryx四家都是以色列公司，他們的技術背景都是從軍工領域遷移過來的。
▲圖2.毫米波雷達作為感知器件，
其實是從一個非常扎實的背景遷移過來的
除此之外還有Oculii和Echodyne兩家是美國公司，Omniradar是從單芯片方案開始啟動的。隨著融資的逐步進行，我們發(fā)現美國的諸多公司進入了這個領域，最多的是Vayyar的1.88億美金和Uhnder的1.45億美金。
備注：頭部的幾家公司我都會找資料把他們的運行模式和產品特點給梳理清楚。
展開 毫米波雷達的概念和工作原理
目前感知環(huán)境的ADAS傳感器有攝像頭、超聲波傳感器和毫米波雷達等。當然，自動駕駛汽車還需要車載激光雷達。一直以來，激光雷達因能對周圍環(huán)境實現3D感知而備受自動駕駛主流者的“寵愛”。
不過無論是激光雷達還是攝像頭、超聲波傳感器，都容易受惡劣天氣環(huán)境影響導致性能降低甚至失效（惡劣天氣環(huán)境往往是事故高發(fā)的主要原因），因而都存在“致命”缺陷！這種時候，毫米波雷達憑借其可穿透塵霧、雨雪、不受惡劣天氣影響的絕對優(yōu)勢，且唯一能夠“全天候全天時”工作的超強能力，成為了汽車ADAS不可或缺的核心傳感器之一！下面，我們和毫米波雷達來一次“親密接觸”，了解一下它的概念和工作原理。毫米波雷達——全天候全天時工作毫米波雷達，顧名思義，就是工作在毫米波頻段的雷達。毫米波（Millimeter-Wave，縮寫：MMW），是指長度在1~10mm的電磁波，對應的頻率范圍為30~300GHz。如圖2，毫米波位于微波與遠紅外波相交疊的波長范圍，所以毫米波兼有這兩種波譜的優(yōu)點，同時也有自己獨特的性質。毫米波的理論和技術分別是微波向高頻的延伸和光波向低頻的發(fā)展。
圖2 電磁波譜根據波的傳播理論，頻率越高，波長越短，分辨率越高，穿透能力越強，但在傳播過程的損耗也越大，傳輸距離越短；相對地，頻率越低，波長越長，繞射能力越強，傳輸距離越遠。所以與微波相比，毫米波的分辨率高、指向性好、抗干擾能力強和探測性能好。與紅外相比，毫米波的大氣衰減小、對煙霧灰塵具有更好的穿透性、受天氣影響小。這些特質決定了毫米波雷達具有全天時全天候的工作能力。
來源：電子發(fā)燒友
展開 康謀技術 | 毫米波雷達技術解析
隨著技術的快熟發(fā)展，新一代的4D毫米波雷達通過增加對物體俯仰角度的測量，有效地彌補了這一缺陷，實現了對物體高度的識別。
所謂“4D”，是指這種雷達能夠測量目標的距離、水平方位、速度以及高度四個維度的信息。4D毫米波雷達不僅繼承了傳統(tǒng)毫米波雷達在各種天氣和光照條件下穩(wěn)定工作的能力，以及能夠探測到被遮擋物體的優(yōu)勢，還在測量精度和分辨率上實現了顯著提升。
它能夠識別更小的物體、靜止物體，甚至是空中的障礙物。這種雷達對復雜道路環(huán)境的適應性更強，這得益于其配備的縱向天線和采用的MIMO（多輸入多輸出）技術，這些技術共同作用，形成了虛擬的孔徑陣列，從而提高了對角度、速度和距離的分辨率。
四、總結
隨著技術的不斷進步，毫米波雷達正朝著更高分辨率、更低成本和更強的集成能力的方向發(fā)展，特別是在4D成像技術的應用上，它通過增加對物體高度的測量能力，顯著提升了對復雜交通環(huán)境的感知和理解。
在自動駕駛領域，毫米波雷達以其全天候的工作能力、遠距離探測性能、高精度測量以及物體識別與分類的能力，成為了實現安全、可靠自動駕駛的關鍵傳感器技術。隨著成本的降低和性能的提升，毫米波雷達不僅能夠作為其他傳感器的有力補充，還能為未來的智能出行提供了堅實的技術基礎。
展開 
從原理到應用教你了解毫米波雷達
視頻1 TI公司工程師在ROS中使用毫米波雷達實現機器人的障礙物避障與導航效果[3]
移動平臺下的多目標跟蹤
多目標跟蹤算法能夠根據傳感器的數據對多個目標進行跟蹤和識別，這類傳感器可以是攝像頭、激光雷達和毫米波雷達等，也可以是幾種傳感器的組合。毫米波雷達在多目標跟蹤算法中可以通過計算到目標的速度、方向和距離等參數，對目標進行分組和檢測，并跟蹤目標物體的運動。
如下視頻2所展示的為TI實驗室采用毫米波雷達在移動機器人上進行障礙物跟蹤與識別的效果，算法將毫米波雷達獲取到的數據處理后輸出點云信息和障礙物的位置信息，視頻中可以看到毫米波雷達可以很輕松地在靜止或移動的情況下識別并跟蹤目標障礙物。
視頻2 TI實驗室采用毫米波雷達在移動機器人上進行障礙物跟蹤與識別的效果[3]
在多目標跟蹤算法中毫米波雷達相比攝像頭優(yōu)勢在于能夠直接獲取到檢測目標的速度，并能在黑夜和大霧環(huán)境下實現檢測目標物體的檢測與跟蹤。下圖6所示為毫米波雷達在黑夜環(huán)境下對微小無人機的識別效果，紅框中的為攝像頭檢測到的無人機，黃框中為毫米波雷達檢測到的無人機點云數據。
圖
6 毫米波雷達黑夜環(huán)境下的無人機檢測
3D感知與建圖
毫米波雷達可以發(fā)射毫米波信號，并通過測量信號的反射時間和強度來獲取目標物體的位置、速度和角度等信息。這使得毫米波雷達能夠實現對周圍環(huán)境的精確三維感知。通過對多個角度和方向的掃描，毫米波雷達可以生成一個準確的三維點云，其中包含了物體的位置、形狀以及相對速度等信息。
展開 毫米波雷達創(chuàng)業(yè)企業(yè)和誰在競爭？
▲圖4.在CMOS時代整體的格局變化有可能具備顛覆性
在這里，原有的英飛凌和NXP提供的方案為：
●恩智浦：S32R45/S32R294
恩智浦推出的是S32R45雷達處理器和TEF82xx收發(fā)器；低成本的方案，面向角雷達和前置雷達方案為S32R294雷達處理器并結合了恩智浦TEF82xx收發(fā)器。
▲圖5.NXP的芯片方案組
也正是由于英飛凌在汽車雷達芯片的統(tǒng)治地位，其在4D毫米波雷達上的進展就比較慢。
▲圖6.英飛凌的市場占有率很高
●德州儀器
德州儀器在毫米波芯片領域是開放式打法（努力很久沒有Tier 1買單），提供一站式解決方案AWR2243，包含收發(fā)器平臺解決方案包，包括硬件設計、軟件驅動程序、示例配置、API指南和用戶文檔， 含2芯片級聯和4芯片級聯方案，集成度更高的天線片上集成（AoP）芯片，使得自己成為了初創(chuàng)公司的4D成像毫米波雷達的主流方案。
▲圖7. TI的方案在AWR1243、1443和AWR1642屬于叫好不叫座
Part 2
初創(chuàng)公司的打法
●Arbe
這是一家已經上市的企業(yè)（可以通過投資者的定期交流看到一些信息）采用格羅方德半導體公司22nm射頻CMOS工藝來做4D成像雷達處理芯片——RFIC，附加自研算法和原創(chuàng)天線設計，推出了車規(guī)級4D成像雷達芯片組解決方案——Phoenix，甚至弄出來一個4D毫米波開發(fā)平臺。弄到后面，確實有要顛覆整體產業(yè)鏈模式的味道，讓車企沖出來，這不是可以破局了么？
展開 一文了解毫米波雷達行業(yè)發(fā)展現狀
毫米波雷達是使用工作頻段為30~300GHz、毫米波波長為1~10mm的雷達。與激光雷達相比，目前毫米波雷達技術更加成熟、應用更加廣泛、成本更加低廉；與可見光攝像頭相比，毫米波雷達的準確性和穩(wěn)定性更好，價格差距也在不斷縮小。
毫米波雷達成本相對低廉、穩(wěn)定好，適應全天候工作
毫米波雷達是使用工作頻段為30~300GHz、毫米波波長為1~10mm的雷達。毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優(yōu)點。與激光雷達相比，目前毫米波雷達技術更加成熟、應用更加廣泛、成本更加低廉；與可見光攝像頭相比，毫米波雷達的準確性和穩(wěn)定性更好，價格差距也在不斷縮小。尤其是毫米波雷達具有全天候全天時工作特點，無懼雨雪、霧霾、黑夜等惡劣天氣，已成為汽車高級輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）可靠性保障不可或缺的傳感器。全球毫米波雷達出貨量已經超過千萬級。
毫米波雷達工作原理
毫米波雷達發(fā)出和接收的實質上是電磁波，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用。
根據波的傳播理論，頻率越低，波長越長，繞射能力越強，傳輸距離越遠。所以與微波相比，毫米波的分辨率高、指向性好、抗干擾能力強和探測性能好。與紅外相比，毫米波的大氣衰減小、對煙霧灰塵具有更好的穿透性、受天氣影響小。這些特質決定了毫米波雷達具有全天時全天候的工作能力。
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，造成了本身一定缺陷，由于反射面較大，分辨力不高。
目前毫米波雷達電波頻率主要分為24GHz和77GHz兩種。
展開 干貨 | 盤點55家毫米波汽車雷達供應商
國內毫米波雷達公司（35家）
01. 川速微波
02. 理工雷科
03. 行易道
04. 隼眼科技
05. 凌波微步
06. 莫之比
07. 保隆科技
08. 納雷科技
09. 納瓦電子（Nova）
10. 軒轅智駕
11. 承泰科技（Cheng-Tech）
12. 易來達
13. 卓影科技（MotorEye）
14. 木?？萍? 15. 森思泰克
16. 智波科技
17. 楚航科技
18.
