淺談成像雷達的重要性

為什么會(huì )提出雷達系統這個(gè)話(huà)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幾百萬(wàn)。雷達技術(shù)在高級輔助駕駛系統（ADAS）的應用至關(guān)重要，能夠有效避免交通事故的發(fā)生并挽救生命。

全球各地出臺了多項新規，并制定了地區性新車(chē)評估計劃（NCAP）評級標準，推動(dòng)了雷達的加速普及。例如，許多地區已頒布了相關(guān)法規或五星安全評級標準，強制要求車(chē)輛部署自動(dòng)緊急制動(dòng)、盲點(diǎn)檢測及易受傷害道路使用者的檢測等功能。

ADAS和自動(dòng)駕駛的級別

汽車(chē)工程師協(xié)會(huì )（SAE）定義了自動(dòng)駕駛的6個(gè)級別，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級汽車(chē)。這些正在推動(dòng)著(zhù)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(chē)的事故責任主要由汽車(chē)廠(chǎng)商而非駕駛員承擔。汽車(chē)廠(chǎng)商在努力解決滿(mǎn)足L3等級的設計復雜性問(wèn)題，而同時(shí)，人們的注意力已經(jīng)轉向過(guò)渡性等級，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(zhù)差異。L2+的功能與L3類(lèi)似，供駕駛員作為備份選擇，減少了額外的冗余需求。

從L2+級向自動(dòng)駕駛轉變的市場(chǎng)預測（2021-2030）

知名市場(chǎng)研究與戰略咨詢(xún)公司Yole Development的最新報告表明，隨著(zhù)L0-L2汽車(chē)的銷(xiāo)量開(kāi)始下降，L2+汽車(chē)的銷(xiāo)量可能會(huì )穩步增長(cháng)，到2030年市場(chǎng)份額將達到近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，駕駛員繼續擔任輔助角色，同時(shí)OEM可以?xún)?yōu)化功能和成本之間的平衡，并逐步推出L3“輕型”汽車(chē)。

傳感器技術(shù)——沒(méi)有單一的解決方案

實(shí)現ADAS和自動(dòng)駕駛的主要傳感器技術(shù)有三種：雷達、攝像頭和激光雷達（LiDAR，即光探測和測距）。每種技術(shù)都有其獨特的優(yōu)勢和劣勢，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?xún)r(jià)比較高，現已廣泛部署在L1和L2汽車(chē)上。例如，雷達在測速和測距方面表現非常出色，但卻無(wú)法捕捉色彩信息。傳統雷達的角分辨率比攝像頭和激光雷達低很多。相比之下，攝像頭適用于圖案和色彩檢測，但受環(huán)境影響較大。例如，攝像頭在強光、夜晚、霧霾和雨雪等惡劣環(huán)境下效果較差。另一方面，雷達幾乎不受惡劣天氣情況的影響，能夠在強光、黑暗的條件下可靠地工作。

激光雷達的主要優(yōu)勢在于其超精密的水平和垂直角分辨率，以及其精細的距離分辨率。因此，它適用于高分辨率3D環(huán)境測繪，能夠精準地探測自由空間、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。對于L2+和L3級別的主流乘用車(chē)來(lái)說(shuō)，高昂的成本才是攔路虎。在這方面，4D成像雷達與傳統雷達相比分辨率更高，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、激光雷達和攝像頭形成互為冗余備份和補充的系統。

成像雷達的發(fā)展

早期，雷達技術(shù)主要用于探測其他車(chē)輛。從本質(zhì)上說(shuō)，這些都是測量速度和距離的2D傳感器。然而，當今先進(jìn)的雷達技術(shù)基本上都是4D傳感器。除了測量速度和距離，4D傳感器還能夠測量水平和垂直角度。這一功能使車(chē)輛能夠看到汽車(chē)，更重要的是，還可以看到行人、自行車(chē)和較小的物體。

成像雷達可以區分汽車(chē)、行人和其他物體

對于低端車(chē)（L2+），重點(diǎn)是在車(chē)輛周?chē)O置360度的屏障（業(yè)內流行語(yǔ)是“角雷達”）。顧名思義，至少有四個(gè)，但通常有六七個(gè)高分辨率雷達傳感器節點(diǎn)，因為側面可能安裝額外的“填隙”雷達。在光線(xiàn)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(chē)之間。對于高端車(chē)（L4及以上），車(chē)輛可以看到更小的物體并采用更高的分辨率，成像雷達可以對車(chē)輛周?chē)M(jìn)行全面的環(huán)境感知，能夠在前后較遠范圍內檢測危險物并采取措施規避危險。檢測距離未來(lái)能達到300米甚至更遠。高速公路自動(dòng)駕駛儀能夠檢測到卡車(chē)后方高速駛來(lái)的摩托車(chē)，并對此做出反應。

成像雷達的未來(lái)

推動(dòng)成像雷達技術(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)向標準的純RF CMOS工藝遷移。其他發(fā)展包括從低通道數到高通道數的高級MIMO配置，從基礎處理到使用專(zhuān)用加速器和DSP內核的高性能處理，以及先進(jìn)的雷達信號處理技術(shù)。

恩智浦運用這些技術(shù)研發(fā)了S32R45雷達處理器，該處理器與TEF82xx RF-CMOS雷達收發(fā)器配合使用，搭載一定數量的天線(xiàn)，能夠提供點(diǎn)云成像。這為OEM發(fā)展4D成像雷達功能提供了高性?xún)r(jià)比的解決方案，優(yōu)化了L2+的汽車(chē)產(chǎn)業(yè)結構。除此之外，還有一些必不可少的外設，如安全電源管理和車(chē)載網(wǎng)絡(luò )組件。所有這些共同構成了雷達節點(diǎn)，恩智浦的定位是覆蓋整個(gè)系統。

作者：

Huanyu Gu

恩智浦半導體的產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)和業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)

Huanyu在德國漢堡工作，負責恩智浦半導體高級駕駛輔助系統的產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)和業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)。負責高級駕駛輔助系統業(yè)務(wù)之前，他在半導體營(yíng)銷(xiāo)和業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)方面擁有多年經(jīng)驗，涉及各種汽車(chē)應用領(lǐng)域，如安全汽車(chē)門(mén)禁和汽車(chē)信息娛樂(lè )系統。