極品飛車(chē)——雷達處理的未來(lái)

無(wú)線(xiàn)電探測與測距（RADAR）系統已經(jīng)在許多應用中使用了數十年，涵蓋從天氣預測到執法的各個(gè)領(lǐng)域，汽車(chē)領(lǐng)域則在21世紀初開(kāi)始采用。本文將考察一個(gè)典型的汽車(chē)應用場(chǎng)景及其相應的發(fā)展趨勢。

如今，道路上已經(jīng)有數百萬(wàn)基于24 GHz的雷達系統在運行，未來(lái)還將有更多基于下一代76-81 GHz系統的雷達問(wèn)世（例如德州儀器的RFCMOS AWRx產(chǎn)品系列）。從宏觀(guān)角度來(lái)看，雷達系統配置分為圖1所示的終端設備類(lèi)別，并進(jìn)一步根據其有效范圍（距離）進(jìn)行細分，分別對應從近距離到長(cháng)距離系統的約1米到400米。

圖1 基于CMOS的雷達配置概覽

隨著(zhù)有效范圍和所需精度的增加，通常需要額外的處理能力，這在上述基于CMOS的雷達配置概覽（圖1）中通過(guò)處理器的出現以及額外雷達（MMIC，即單片微波集成電路）設備的增加得以體現。與額外處理器相關(guān)的內存也顯著(zhù)提升了系統的內存性能，從而進(jìn)一步增強了系統的能力。

典型的系統是面向前方的中長(cháng)距離雷達系統，用于在移動(dòng)車(chē)輛的前方路徑中提供檢測和測距。這種自適應巡航控制系統（Adaptive Cruise Control）會(huì )根據系統所在車(chē)輛與前方車(chē)輛之間的間距自動(dòng)調整車(chē)速。此類(lèi)系統的精度對于在其控制下車(chē)輛的安全運行至關(guān)重要。使用多個(gè)MMIC和一個(gè)處理器可以顯著(zhù)提高角度分辨率和測距范圍。處理器對來(lái)自多個(gè)MMIC的流數據進(jìn)行計算，從而增加角度和測距分辨率以及整體檢測距離。

使用多個(gè)MMIC設備和處理器進(jìn)行進(jìn)一步下游計算的系統構成了級聯(lián)/成像雷達（Cascade / Imaging Radar, CIR）系統。這些可編程系統可以通過(guò)在處理器上運行的軟件算法、相關(guān)MMIC的配置以及天線(xiàn)設計，實(shí)現多種類(lèi)型雷達系統（例如短、中、長(cháng)距離）的功能。除了這種靈活性之外，這些CIR系統還通過(guò)波束成形技術(shù)在長(cháng)距離場(chǎng)景中擴展范圍和分辨率，并通過(guò)多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)在感興趣區域靠近時(shí)提高角度分辨率的程度（見(jiàn)圖2）。這些技術(shù)通過(guò)增加檢測距離、測距分辨率以及相對于車(chē)輛前方物體的角度分辨率/精度，提高了系統的效能。

圖2

以德州儀器最近發(fā)布的“使用Jacinto? ADAS處理器的級聯(lián)/成像雷達捕獲與融合平臺”為例，這是一個(gè)4芯片的CIR系統，每個(gè)由MMIC（德州儀器的mmWave AWR2243傳感器）設備產(chǎn)生的數據流都需要大量的處理。德州儀器汽車(chē)ADAS處理器產(chǎn)品線(xiàn)中的單個(gè)SoC可以輕松滿(mǎn)足這些處理需求。例如，“TDA2SXBTQABCQ1”可以利用其異構架構高效地完成所有這些處理任務(wù)，該架構包含多種類(lèi)型的CPU：4個(gè)SIMD（EVE）、2個(gè)DSP（C66）和6個(gè)Arm? Cortex?（2個(gè)A15和4個(gè)M4）核心。

圖3 展示了從MMIC發(fā)送的原始數據中實(shí)現目標檢測的各個(gè)步驟。

圖3還展示了雷達處理流程是如何映射到這些核心上的。編號圓圈中的顏色編碼對應于執行每個(gè)特定操作的核心（藍色 = C66，綠色 = EVE）。Arm核心負責執行系統的通用應用管理和整體控制代碼。圖4展示了德州儀器4芯片CIR參考設計中使用的TDA2SX設備上處理任務(wù)的另一種、更高層次的劃分方式。

圖4

隨著(zhù)雷達系統復雜性和能力的增加，處理需求也在增加。圖5展示了典型雷達數據立方體（radar cube）內存的增加以及所需操作（以百萬(wàn)計）的增加。這種復雜性和處理需求會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的推移而增加，并且隨著(zhù)以下汽車(chē)領(lǐng)域的趨勢持續發(fā)展，將推動(dòng)對更多處理能力的需求。德州儀器的雷達MMIC（AWRx）和ADAS處理器（TDAx）可以憑借獨特的架構、技術(shù)和軟件開(kāi)發(fā)工具包（SDK）來(lái)滿(mǎn)足這些需求。選擇、開(kāi)發(fā)并產(chǎn)品化利用可擴展產(chǎn)品家族（如德州儀器的TDA ADAS處理器家族）的系統，有助于以減少整體開(kāi)發(fā)時(shí)間和提高系統效率的方式應對這些持續的趨勢。

圖5

將短距離、中距離和長(cháng)距離系統集成到一個(gè)單一的CIR系統中，可以減少車(chē)輛中系統的總數，以及相關(guān)的功耗、電源設計和成本。通過(guò)處理器實(shí)現的性能提升，還可以潛在地減少對其他配套系統的需求或成本，例如降低攝像頭分辨率/幀率要求，以及減少或去除超聲波傳感器。

除了雷達相關(guān)的趨勢外，還有一個(gè)總體趨勢是，在車(chē)輛上使用多種傳感器，通過(guò)融合不同模態(tài)的數據來(lái)增強功能安全性，以幫助應對這些系統必須適當處理的眾多環(huán)境變化（見(jiàn)圖6）。下表提供了關(guān)于哪些傳感器最適合應對典型車(chē)輛感知相關(guān)的各種條件的見(jiàn)解。沒(méi)有任何單一傳感器能夠滿(mǎn)足所有這些要求，這證明了融合各種傳感器數據以提高感知精度的必要性。

圖6

上述趨勢將需要更高的處理速度和效率，而德州儀器的TDAx ADAS處理器產(chǎn)品線(xiàn)能夠很好地滿(mǎn)足這一需求。