淺談成像雷達(dá)的重要性

為什么會(huì)提出雷達(dá)系統(tǒng)這個(gè)話題？每年，全球約有130萬(wàn)人死于交通事故，而在交通事故中受重傷人的更是多達(dá)幾百萬(wàn)。雷達(dá)技術(shù)在高級(jí)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(tái)了多項(xiàng)新規(guī)，并制定了地區(qū)性新車評(píng)估計(jì)劃（NCAP）評(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，推動(dòng)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(píng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)制要求車輛部署自動(dòng)緊急制動(dòng)、盲點(diǎn)檢測(cè)及易受傷害道路使用者的檢測(cè)等功能。

ADAS和自動(dòng)駕駛的級(jí)別

汽車工程師協(xié)會(huì)（SAE）定義了自動(dòng)駕駛的6個(gè)級(jí)別，其中L0是無(wú)自動(dòng)化，而ADAS正在逐步演變?yōu)轳{駛員輔助、部分自動(dòng)化、有條件自動(dòng)駕駛，最終發(fā)展為全自動(dòng)駕駛的L5級(jí)汽車。這些正在推動(dòng)著ADAS的普及并逐步提高自動(dòng)化程度。

L2到L3的飛躍

L3自動(dòng)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(jí)的設(shè)計(jì)復(fù)雜性問(wèn)題，而同時(shí)，人們的注意力已經(jīng)轉(zhuǎn)向過(guò)渡性等級(jí)，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。

從L2+級(jí)向自動(dòng)駕駛轉(zhuǎn)變的市場(chǎng)預(yù)測(cè)（2021-2030）

知名市場(chǎng)研究與戰(zhàn)略咨詢公司Yole Development的最新報(bào)告表明，隨著L0-L2汽車的銷量開(kāi)始下降，L2+汽車的銷量可能會(huì)穩(wěn)步增長(zhǎng)，到2030年市場(chǎng)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(shí)間。在此期間，駕駛員繼續(xù)擔(dān)任輔助角色，同時(shí)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(méi)有單一的解決方案

實(shí)現(xiàn)ADAS和自動(dòng)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(cè)和測(cè)距）。每種技術(shù)都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，總而言之，目前還沒(méi)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(jià)比較高，現(xiàn)已廣泛部署在L1和L2汽車上。例如，雷達(dá)在測(cè)速和測(cè)距方面表現(xiàn)非常出色，但卻無(wú)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(cè)，但受環(huán)境影響較大。例如，攝像頭在強(qiáng)光、夜晚、霧霾和雨雪等惡劣環(huán)境下效果較差。另一方面，雷達(dá)幾乎不受惡劣天氣情況的影響，能夠在強(qiáng)光、黑暗的條件下可靠地工作。

激光雷達(dá)的主要優(yōu)勢(shì)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(cè)繪，能夠精準(zhǔn)地探測(cè)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(duì)于L2+和L3級(jí)別的主流乘用車來(lái)說(shuō)，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(wèn)世便驚艷了整個(gè)世界。在成本允許的前提下，4D成像雷達(dá)、激光雷達(dá)和攝像頭形成互為冗余備份和補(bǔ)充的系統(tǒng)。

成像雷達(dá)的發(fā)展

早期，雷達(dá)技術(shù)主要用于探測(cè)其他車輛。從本質(zhì)上說(shuō)，這些都是測(cè)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(cè)量速度和距離，4D傳感器還能夠測(cè)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。

成像雷達(dá)可以區(qū)分汽車、行人和其他物體

對(duì)于低端車（L2+），重點(diǎn)是在車輛周圍設(shè)置360度的屏障（業(yè)內(nèi)流行語(yǔ)是“角雷達(dá)”）。顧名思義，至少有四個(gè)，但通常有六七個(gè)高分辨率雷達(dá)傳感器節(jié)點(diǎn)，因?yàn)閭?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(dòng)駕駛儀可以看到一個(gè)孩子正站在兩輛停放不動(dòng)的汽車之間。對(duì)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(duì)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(cè)危險(xiǎn)物并采取措施規(guī)避危險(xiǎn)。檢測(cè)距離未來(lái)能達(dá)到300米甚至更遠(yuǎn)。高速公路自動(dòng)駕駛儀能夠檢測(cè)到卡車后方高速駛來(lái)的摩托車，并對(duì)此做出反應(yīng)。

成像雷達(dá)的未來(lái)

推動(dòng)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(jí)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(hào)處理技術(shù)。

恩智浦運(yùn)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(diǎn)云成像。這為OEM發(fā)展4D成像雷達(dá)功能提供了高性價(jià)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(diǎn)，恩智浦的定位是覆蓋整個(gè)系統(tǒng)。

作者：

Huanyu Gu

恩智浦半導(dǎo)體的產(chǎn)品營(yíng)銷和業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)

Huanyu在德國(guó)漢堡工作，負(fù)責(zé)恩智浦半導(dǎo)體高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)的產(chǎn)品營(yíng)銷和業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)。負(fù)責(zé)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)業(yè)務(wù)之前，他在半導(dǎo)體營(yíng)銷和業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)方面擁有多年經(jīng)驗(yàn)，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(lè)系統(tǒng)。