毫米波雷達：唯一能夠“全天候全天時(shí)”工作的ADAS核心傳感器

　　目前，各大國的車(chē)載雷達頻段主要集中在在24GHz、60GHz和77GHz這3個(gè)頻段，如表1展示了主要國家車(chē)載雷達頻率劃分情況。其中，24GHz的波長(cháng)是1.25cm(雖然24GHz的波長(cháng)是1.25cm，但是目前業(yè)界也依然將其稱(chēng)之為毫米波)，60GHz是5mm，77GHz的波長(cháng)則更短，只有3.9mm。正如前面所說(shuō)，頻率越高波長(cháng)越短，分辨率、精準度就越高。所以，精度更高的77GHz雷達正努力成為汽車(chē)領(lǐng)域主流傳感器。

　　表1 主要國家車(chē)載雷達頻率劃分情況

　　毫米波雷達的產(chǎn)業(yè)布局

　　美國、歐洲和日本在車(chē)載雷達技術(shù)研究方面處于領(lǐng)先地位?，F在越來(lái)越多的公司和供應商投入到汽車(chē)雷達系統研制、器件開(kāi)發(fā)和算法研究當中。從毫米波雷達的產(chǎn)業(yè)布局來(lái)看，系統目前是被海外的巨頭控制著(zhù)，例如大陸(Continental)、博世(Bosch)、海拉(Hella)、德?tīng)柛?Delphi)、奧托立夫(Autoliv)等，核心元器件也主要被英飛凌(Infineon)、德州儀器(TI)、意法半導體(ST)、亞德諾半導體(ADI)等壟斷。相比于國外企業(yè)，車(chē)載毫米波雷達在國內仍屬于起步階段。在24GHz雷達方面，國內少數企業(yè)研發(fā)已有成果，市場(chǎng)化產(chǎn)品即將問(wèn)世;但在77GHz毫米波雷達方面仍屬于初級階段，國內只有極少數企業(yè)能做到77GHz雷達的樣機階段，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍待突破。不過(guò)，近些年國內創(chuàng )新創(chuàng )業(yè)廠(chǎng)商逐漸增長(cháng)，比如行易道科技、華域汽車(chē)、隼眼科技、智波科技、森思泰克、豪米波技術(shù)、意行半導體、清能華波、矽杰微電子、加特蘭微電子等，并實(shí)現了部分核心技術(shù)的突破，相信打破國外企業(yè)壟斷的局面指日可待!

　　圖4 全球毫米波雷達產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

　　毫米波雷達的測距與測速原理

　　雷達，是英文RADAR的音譯，源于Radio Detection and Ranging的縮寫(xiě)，意思為“無(wú)線(xiàn)電探測和測距”，即用無(wú)線(xiàn)電的方法發(fā)現目標并測定它們的空間位置，這也揭示了雷達最重要任務(wù)就是檢測與目標物體的距離、速度和方向。

　　毫米波雷達測距原理很簡(jiǎn)單，就是把無(wú)線(xiàn)電波(毫米波)發(fā)出去，然后接收回波，根據收發(fā)的時(shí)間差測得目標的位置數據和相對距離。根據電磁波的傳播速度，可以確定目標的距離公式為：s=ct/2，其中s為目標距離，t為電磁波從雷達發(fā)射出去到接收到目標回波的時(shí)間，c為光速。

　　毫米波雷達測速是基于多普勒效應(Doppler Effect)原理。所謂多普勒效應就是，當聲音、光和無(wú)線(xiàn)電波等振動(dòng)源與觀(guān)測者以相對速度v運動(dòng)時(shí)，觀(guān)測者所收到的振動(dòng)頻率與振動(dòng)源所發(fā)出的頻率有不同。因為這一現象是奧地利科學(xué)家多普勒最早發(fā)現的，所以稱(chēng)之為多普勒效應。也就是說(shuō)，當發(fā)射的電磁波和被探測目標有相對移動(dòng)，回波的頻率會(huì )和發(fā)射波的頻率不同。當目標向雷達天線(xiàn)靠近時(shí)，反射信號頻率將高于發(fā)射信號頻率;反之，當目標遠離天線(xiàn)而去時(shí)，反射信號頻率將低于發(fā)射信號頻率，如圖5。由多普勒效應所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對速度v成正比，與振動(dòng)的頻率成反比。如此，通過(guò)檢測這個(gè)頻率差，可以測得目標相對于雷達的移動(dòng)速度，也就是目標與雷達的相對速度。根據發(fā)射脈沖和接收的時(shí)間差，可以測出目標的距離。

　　圖5 多普勒效應

　　毫米波雷達在汽車(chē)ADAS中的主要應用

　　對于車(chē)輛安全來(lái)說(shuō)，最主要的判斷依據就是兩車(chē)之間的相對距離和相對速度信息，特別車(chē)輛在高速行駛中，如果兩車(chē)的距離過(guò)近，是容易導致追尾事故。憑借出色的測距測速能力，毫米波雷達被廣泛地應用在自適應巡航控制(ACC)、前向防撞報警(FCW)、盲點(diǎn)檢測(BSD)、輔助停車(chē)(PA)、輔助變道(LCA)等汽車(chē)ADAS中。