雷達：汽車的虛擬眼

速度更快、分辨率更高的雷達傳感器通過改善車輛的安全性和舒適的視野，有助于實現(xiàn)下一代駕駛輔助技術(shù)。如果全球投資商知道哪里將會賺錢，那么汽車領(lǐng)域那些了解并掌握顛覆市場三大趨勢的人將成為贏家：

●   先進的駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)技術(shù)迅速普及，自動駕駛汽車(AV)最終會獲準上路行駛

●   電氣化

●   MaaS出行即服務概念正在挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的個人擁有汽車觀念

將特斯拉和福特的市值對比，可以看出這些趨勢的重要性；特斯拉每年生產(chǎn)的汽車不足400,000輛。特斯拉的策略以一系列創(chuàng)新為基礎(chǔ)，包括電池牽引、自動駕駛和無人駕駛出租功能，以支持特斯拉的拼車服務。

福特汽車的大部分收入來自采用高功率內(nèi)燃機的傳統(tǒng)美國皮卡車。福特2017年的汽車產(chǎn)量超過600萬輛，到2019年底，其市值僅為370億美元，而相比之下規(guī)模很小的特斯拉的市值則達到440億美元。

Uber等公司開創(chuàng)的商業(yè)模式和軟件創(chuàng)新推動了出行即服務理念的普及，并且電氣化程度的提高也依賴于于生產(chǎn)創(chuàng)新，例如特斯拉的Gigafactory電池。但是，駕駛輔助系統(tǒng)創(chuàng)新的重點是硬件和軟件技術(shù)，需要將復雜的傳感器系統(tǒng)和人工智能相結(jié)合。

所有駕駛輔助系統(tǒng)在一定程度上依賴多種形式的感知技術(shù)：在全自動汽車中，LIDAR和視覺攝像頭等光學技術(shù)將與電磁運動傳感器（加速度計、陀螺儀和磁力儀）以及射頻/微波系統(tǒng)（雷達和衛(wèi)星定位）協(xié)同作用。

而早在二戰(zhàn)時就引起公眾關(guān)注的雷達技術(shù)，如今依然在創(chuàng)新的汽車技術(shù)開發(fā)過程中發(fā)揮著作用，這讓人非常意外。事實上，如今許多24 GHz雷達傳感器都安裝在汽車的保險杠上；單 ADI公司一家，到目前為止，就已為汽車制造商的近3億件傳感器提供器件，用于盲點檢測、自動變道和自動緊急制動(AEB)等應用中。

圖1. 超級雷達和成像雷達：汽車的眼睛

但隨著一些功能（例如新ADAS裝置中的AEB和自適應巡航控制(ACC)）的不斷演進，人們開始要求更高水平的駕駛輔助，這促使供應商（例如ADI公司）開發(fā)具有高精度、長測量距離、快速 檢測和更完備的成像技術(shù)的新雷達系統(tǒng)。這些基于兩個原因：安全性和舒適性。駕駛輔助系統(tǒng)，例如AEB和ACC，可以幫助挽救性命和預防交通事故。配有這些系統(tǒng)的汽車能獲得更高的官方NCAP安全分數(shù)，而這會提升新車的價值，對消費者也更有吸引力。

AEB和自動緊急制動系統(tǒng)的應用范圍和復雜度不斷提高，以滿足對車輛L2或L3級駕駛輔助技術(shù)日益增長的市場需求。舉例來說，新NCAP規(guī)范要求能夠更靈敏地檢測行人——用NCAP術(shù)語來說，即交通弱勢群體。通過控制車輛在城市和高速公路環(huán)境下的高速制動功能，開發(fā)的AEB系統(tǒng)在更復雜的事件中，能比在一般指定的環(huán)境下更可靠地運行。

市場也在回應購車者的心聲，這些購車者希望利用技術(shù)降低駕駛難度，尤其是在高速公路上。高端汽車（例如奔馳S級）已經(jīng)提供有限的高速公路自動駕駛功能，例如自動調(diào)節(jié)與前車的距離，以及通過主動轉(zhuǎn)向輔助，讓車輛保持在車道內(nèi)行駛。汽車供應商還在不斷改進這些功能，以便能在更廣泛、更復雜的情況下使用。這加劇了對高性能雷達的需求。

要實現(xiàn)更高的L4和L5級自動駕駛，讓駕駛員完全無需操控汽車，就需要開發(fā)能夠?qū)崟r360°全方位觀察車身的傳感系統(tǒng)。這些無人駕駛出租車的控制系統(tǒng)會極為復雜，需要利用冗余來消 除錯誤檢測風險，要將來自不同類型傳感器（例如雷達、攝像頭和LIDAR傳感器）的輸入組合在一起。

視覺攝像頭可用于幫助識別物體，如人、動物和路標。LIDAR技術(shù)創(chuàng)造了豐富的點云，可以即時測量車輛與外界物體之間的距離，并測量物體的大小，從而生成外部世界的高分辨率3D地圖。

但是，雷達傳感器的獨有功能不斷擴展，使其成為L4和L5系統(tǒng)中其他傳感器類型的重要補充。在L2和L3用例中，雷達實際上是主要的傳感器，因為它實現(xiàn)了尺寸、成本和性能的最佳組合。

更關(guān)鍵是雷達能夠一次完成4D感測，能夠測量物體的距離、速度、角方位和高度。雷達傳感器還能在雨、霧和雪等條件下工作，而在這些條件下，LIDAR傳感器和視覺攝像機的功能會受到影響或不可用。

更高性能，更高集成度

與正在開發(fā)的汽車雷達系統(tǒng)相比，之前的雷達技術(shù)會顯得遲鈍且功能有限。如之前安裝在前保險杠上的雷達傳感器僅在測量與前車之間的距離及其速度方面表現(xiàn)出色。

但是，完整的高速自動駕駛系統(tǒng)需要能夠在德國的高速公路上安全運行，公路上可能有摩托車，其尺寸更小，比客車更難檢測到，且能夠以高于180 km/h的速度接近外車道。為了能夠更早更準確地檢測到這種風險，自動駕駛雷達系統(tǒng)需要能夠更準確、更快，在更大距離范圍內(nèi)實施檢測。

要在開發(fā)這些功能的同時，遵守汽車行業(yè)關(guān)于尺寸和成本的嚴格限制，這就需要從半導體技術(shù)、RF系統(tǒng)操作和信號處理等領(lǐng)域創(chuàng)新——這正是ADI公司的優(yōu)勢所在。

ADI公司推出的新一代雷達組件，包括76 GHz至81 GHz單片式微波IC(MMIC)發(fā)射器和接收器，都是基于新型Drive360^? 28 nm CMOS技術(shù)平 臺。Drive360平臺與行業(yè)通常使用的SiGe半導體技術(shù)不同，它具有以下重要優(yōu)勢：

●   在檢測遠距離物體時，輸出功率高，回損噪聲低

●   低相位噪聲和高中頻(IF)帶寬，在檢測小物體時能提供極高的精確度，例如摩托車和孩童，這對于以前的雷達傳感器都比較困難

●   高性能相位調(diào)制，使雷達傳感器能夠更有效地識別一個場景中的多個對象

●   超快脈沖傳輸，能夠?qū)焖僖苿拥奈矬w更快做出反應，例如以180km/h的速度前行的摩托車

使用CMOS技術(shù)也支持在雷達器件中實現(xiàn)數(shù)字功能的高度集成，以幫助降低先進雷達系統(tǒng)的成本，以及縮小其尺寸。過采樣模數(shù)轉(zhuǎn)換器和超低噪聲數(shù)字PLL時鐘等功能都是ADI擁有知識產(chǎn)權(quán)的 核心技術(shù)，有助于提高下一代77 GHz雷達傳感器的運行速度、分辨率和穩(wěn)定性。

先進的半導體技術(shù)、模擬專業(yè)技術(shù)和系統(tǒng)軟件功能相結(jié)合，將能夠進一步利用雷達技術(shù)擴展下一代車輛中部署的ADAS的功能。無論是現(xiàn)在，還是未來的幾十年，ADI將一直擁有雷達開發(fā)領(lǐng)域的核心技術(shù)優(yōu)勢。

作者簡介

Donal McCarthy是ADI公司的汽車雷達產(chǎn)品線總監(jiān)。他擁有科克大學的工商管理學士學位、波士頓學院的工商管理碩士學位和都柏林愛爾蘭管理學院的市場營銷學位。Donal擔任過多種職位，包括MACOM的設計工程師、Hittite的現(xiàn)場銷售工程師和營銷人員，以及ADI公司的營銷經(jīng)理和總監(jiān)。