國內爭搶分食車(chē)載攝像頭和激光雷達大蛋糕

　　雷達通過(guò)發(fā)射聲波或者電磁波對目標物體進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得目標物體的距離、距離變化率(徑向速度)、大小、方位等信息。雷達最先應用于軍事中，后來(lái)逐漸民用化。隨著(zhù)汽車(chē)智能化的發(fā)展趨勢，雷達開(kāi)始出現在汽車(chē)上，主要用于測距、測速等功能。汽車(chē)雷達可分為超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達等，不同雷達的原理不盡相同，性能特點(diǎn)也各有優(yōu)勢，可用于實(shí)現不同的功能。

　　(1)超聲波雷達

　　超聲波雷達是利用傳感器內的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生 40KHz的超聲波，再由接收探頭接收經(jīng)障礙物反射回來(lái)的超聲波，根據超聲波反射接收的時(shí)間差計算與障礙物之間的距離。超聲波雷達成本較低，探測距離近精度高，且不受光線(xiàn)條件的影響，因此常用于泊車(chē)系統中。

　　自動(dòng)泊車(chē)功能離不開(kāi)超聲波雷達。 寶馬最新的 i 系列和 7 系列已經(jīng)支持使用車(chē)鑰匙遙控汽車(chē)自動(dòng)泊車(chē)，在操作過(guò)程中用戶(hù)只需要發(fā)出前進(jìn)或后退兩個(gè)指示，汽車(chē)就會(huì )持續使用超聲波傳感器檢測車(chē)位和障礙物，自動(dòng)操作方向盤(pán)和制動(dòng)器，實(shí)現自動(dòng)泊車(chē)。大眾第三代超聲波半自動(dòng)泊車(chē)系統，泊車(chē)輔助系統通常使用 6-12 個(gè)超聲波雷達，車(chē)后部的 4 個(gè)短距超聲波雷達負責探測倒車(chē)時(shí)與障礙物之間的距離，一側的長(cháng)距超聲波雷達負責探測停車(chē)位空間。

　　(2)毫米波雷達： ADAS 核心傳感器

　　毫米波是指波長(cháng)在 1mm 到 10mm 之間的電磁波，換算成頻率后，毫米波的頻率位于 30GHz到 300GHz 之間。毫米波的波長(cháng)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(diǎn)。毫米波雷達在導彈制導、目標監視和截獲、炮火控制和跟蹤、高速通信、衛星遙感等領(lǐng)域都有廣泛的應用。近些年，隨著(zhù)毫米波雷達技術(shù)水平的提升和成本的下降，毫米波雷達開(kāi)始應用于汽車(chē)領(lǐng)域。

　　不同波長(cháng)雷達的應用場(chǎng)景

　　毫米波雷達具有眾多優(yōu)點(diǎn)，是 ADAS 核心傳感器。毫米波的波長(cháng)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(diǎn)： 1)同厘米波導引頭相比， 毫米波導引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn); 2)與紅外、激光等光學(xué)導引頭相比， 毫米波導引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強，傳輸距離遠，具有全天候全天時(shí)的特點(diǎn); 3) 性能穩定，不受目標物體形狀、顏色等干擾。 毫米波雷達很好的彌補了如紅外、激光、超聲波、攝像頭等其他傳感器在車(chē)載應用中所不具備的使用場(chǎng)景。

　　毫米波雷達探測距離遠，精度高，是 ACC、 AEB 首選傳感器。 毫米波雷達的探測距離一般在 150m-250m 之間，有的高性能毫米波雷達探測距離甚至能達到 300m，可以滿(mǎn)足汽車(chē)在高速運動(dòng)時(shí)探測較大范圍的需求。另外，毫米波因波長(cháng)較短，彌散程度低，聚焦性好，因此毫米波雷達的探測精度較高。這些特性使得毫米波雷達能夠監測到大范圍內車(chē)輛的運行情況，同時(shí)對于前方車(chē)輛的速度、加速度、距離等信息的探測也更加精準，因此是 ACC、AEB 的首選傳感器。毫米波雷達可用頻帶有 24GHz、 60~61GHz、 76~79GHz，目前比較主流的是 24GHz 和76~77GHz， 60~61GHz 只有日本使用。 一般 24GHz 用于短/中距， 76~79GHz 用于中/長(cháng)距，頻率越高，波長(cháng)越短，測距測速的精度就越高。頻帶發(fā)展的趨勢是從低頻向高頻過(guò)渡： 1)歐盟： 1997 年，歐洲電訊標準學(xué)會(huì )確認 76-77GHz 作為防撞雷達專(zhuān)用頻道; 2)美國： 24GHz 和76~77GHz 兩個(gè)頻帶均可用; 3)日本：先選用了 60~61GHz，后又轉入76~77GHz 頻帶; 4)日內瓦 2015 年世界無(wú)線(xiàn)電通信大會(huì )， 77.5~78.0GHz 劃分給無(wú)線(xiàn)電定位業(yè)務(wù)，以支持短距離高分辨率車(chē)載雷達的發(fā)展; 5)中國： 2005 年，原信息產(chǎn)業(yè)部《微功率(短距離)無(wú)線(xiàn)電設備的技術(shù)要求》，77GHz 劃分給車(chē)輛測距雷達。

　　毫米波雷達關(guān)鍵技術(shù)主要由國外電子公司掌控。毫米波雷達系統主要包括天線(xiàn)、收發(fā)模塊、信號處理模塊，而 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)芯片和天線(xiàn) PCB 板(Printed Circuit Board)是毫米波雷達的硬件核心。目前毫米波雷達關(guān)鍵技術(shù)主要被 Bosch、Continental、 Denso、 Autoliv 等零部件巨頭壟斷，特別是 77GHz 產(chǎn)品技術(shù)只有 Bosch、Continental、Denso、Delphi 等少數幾家公司掌握。Bosch 的所有的車(chē)載雷達都采用 77GHz的頻率，預計 2016 年將出產(chǎn)第一千萬(wàn)個(gè) 77GHz 毫米波雷達。 Continental 的雷達產(chǎn)品較全面，其中主力產(chǎn)品是 24GHz。

　　2015 年全球車(chē)載毫米波雷達主要供應商及市場(chǎng)份額(單位： %)

　　低成本 CMOS 解決方案有望加快市場(chǎng)開(kāi)啟。 目前 77GHz 毫米波雷達系統單價(jià)大約在 250歐元左右，高昂的價(jià)格限制了毫米波雷達的車(chē)載化應用。毫米波雷達的收發(fā)器芯片普遍使用 SiGe 雙極型晶體管等特殊半導體，但是隨著(zhù)半導體技術(shù)的進(jìn)步，被廣泛用于數字電路且成本相對較低的 CMOS，也可被用于毫米波電路。CMOS 與傳統 SiGe 雙極型晶體管相比，由于在低電壓條件下也可運行，因此可降低耗電量。雖然 CMOS 存在低頻區噪聲偏大的問(wèn)題，但兩者在毫米波區域(76-81GHz)具有大致同等的性能，未來(lái)車(chē)載毫米波雷達主流頻段是 77-79GHz，因此 CMOS 低頻區噪聲大的問(wèn)題并不太突出。 由于目前全球CMOS 產(chǎn)業(yè)鏈已較為成熟，可大批量生產(chǎn)，未來(lái)若能用 CMOS 替代 SiGe 雙極型晶體管，毫米波雷達的成本有望顯著(zhù)下降，市場(chǎng)也有望加快開(kāi)啟。

　　兩種毫米波雷達收發(fā)器芯片工藝技術(shù)比較

　　目前 Fujitsu 研究所已成功研發(fā)出采用 CMOS 工藝的 4 通道接收芯片。 Fujitsu 研發(fā)的此款產(chǎn)品不僅與現行 SiGe 產(chǎn)品具有同等的高頻功能，還成功解決了低頻區噪聲問(wèn)題。而新的 CMOS 芯片比傳統的 SiGe 芯片降低了一半左右的電耗，還可以實(shí)現量產(chǎn)和低成本化。Fujitsu 預計 2018 年左右，該產(chǎn)品可以實(shí)現量產(chǎn)化，采用該技術(shù)的毫米波雷達的成本也有望大幅降低。低成本化有望加快引爆車(chē)載毫米波雷達市場(chǎng)。