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在雷达领域发生的技术演进

2019-03-23 09:11:47·  来源：Astroys  
　
雷达的存在感会越来越强的。目前，即使是SAE标准的L0级，NCAP和NHTSA现在也对AEB提出了很高的要求。随着AEB的测试场景变得越来越复杂，从低速AEB（AEB city），
“ 雷达的存在感会越来越强的。”

目前，即使是SAE标准的L0级，NCAP和NHTSA现在也对AEB提出了很高的要求。随着AEB的测试场景变得越来越复杂，从低速AEB（AEB city），现在还包括道路交叉口场景的测试、甚至夜间和模糊照明条件的测试。在越来越严苛的场景要求的情况下，必然会需要更多的传感器、更清晰的分辨率与传感器融合。
 
目前市场上特斯拉model 3和奥迪A8是L2+/L3的最典型的两款车型，虽然他们在技术路线上截然不同，但都比较依赖雷达。雷达是一种价格区间多样化的传感器，可以cover长距（LR）、中距（MR）、短距（SR）、甚至超短距（USR）。
MMIC
 
就雷达技术来说，一开始绝大多数SRR和一些MRR都使用24GHz所谓的ISM（工业科学和医疗）频段。这些系统围绕分立元件构建，如ZF/TRW的AC100或大陆的SRR-2，分立元件和IC几乎要占去一半成本。
 
77GHz频段主要用于LRR和MRR，以实现ACC和AEB功能，因为该频段全球授权55dBm的高等效全向辐射功率（EIRP）。实际上，高功率和线性是主机厂最大的需求。此外，2GHz的可用带宽提供了比ISM频段允许的250MHz更好的范围和角分辨率。该技术的主要缺点是成本问题，但现在由于SiGe（锗化硅）单片集成电路（MMIC）取代GaAs（砷化镓）的出现，部分得到解决了。主要由NXP和英飞凌提供的雷达SiGe MMIC，现在被大陆、博世、电装和Aptiv等Tier1们大量采用。
 
贴个参考的彩蛋，由电装开发的丰田2017款C-HR的Toyota Safety Sense P系统的前向毫米波的拆解图，用的是大陆的76-77GHz毫米波雷达。
NXP的发射器 、接收器、VCO
NXP的MCU，TI的电源IC，2个英飞凌的高速CAN收发器IC
 
SiGe主要是8英寸晶圆技术，模具封装需要特殊调整。这两家主要厂商采用了fan-out（扇出）封装技术，可实现高散热性和高射频性能。Nepes的RCP（重分配芯片封装）或英飞凌的eWLB（嵌入式晶圆级球栅阵列）等fan-out技术允许球阵列在芯片周围扩散，在芯片下方留下气隙，从而减少了PCB基板的寄生效应。
显然这是由ADAS/自动驾驶发展引发的雷达技术的颠覆性发展，从L2+再往上会是将更多数字功能集成到RFIC中的过程，但仍然需要考虑成本和RF的性能。RFCMOS已开始满足这些要求。数字内容集成确实是CMOS的主要优势，可基于12英寸晶圆批量制造的价格是也是优势。业内已开始有各种RF设计面临的挑战了。就发射功率而言，RFCMOS性能非常接近SiGe，剩下的挑战将是在整个频率和温度范围内保持恒定的发射功率。TI、ADI和NXP等主要厂商都推出了说能真正改变雷达市场的设备。TI的RFCMOS芯片具有高分辨率，同时用低成本的覆晶球栅阵列（FC-BGA）技术将发送器、接收器、VCO，ADC（模数转换器），DSP和MCU集成在一个封装的单个收发器中。从系统角度来看，这是雷达成本降低的一大进步；NXP的RFCMOS芯片目前包括接收器、发射器和VCO功能，海拉将从2021年开始引入这项新技术。与此同时，SiGe技术仍在不断发展，并以更多集成设计服务于市场。例如，英飞凌的RXS8160PL芯片或ST的STRADA770芯片集成了接收器、发送器、VCO和ADC。
天线的集成
 
除了雷达MMIC的发展之外，天线集成是另一项颠覆性的技术挑战。例如，Aptiv通过使用空腔波导与H-Pol散热器进行区分，从而实现更优化的形状。一些新型的天线集成未来可期。
现在市场上迫切需要可以cover所有范围的高分辨率雷达。当前的典型方法包括可以改善SR分辨率的专用宽带天线、采用MIMO技术的LR专用天线，比如博世目前的产品就是这个方案。LR/低分辨率或SR/高分辨率，这是个权衡问题。除非采用其它技术来提高雷达的分辨率而不牺牲探测范围。
 
这种技术包括通过放大雷达的发射和接收通道来增加天线孔径，大陆的ARS-4就采用了这种方式。ARS-4能在同一电路板上提供高LR与SR的高分辨率和高功率，它围绕6个收发器构建，多个接收器和发送器在同一时钟电源上同时工作，一个VOC（压控振荡器）连接到两种不同类型的贴片天线，一个用于SR、一个用于LR探测。大陆的设计非常成功，可以达到低于1°的角分辨率，逼近了激光雷达的性能，并且还有提升空间。这也是业内普遍认为是L3往上的的必备条件。这可能是目前LRR分辨率改善的主流解决方案，除大陆之外，Arbe Robotics和麦格纳也正在开发这项技术。
 
改善SRR和MRR分辨率的方法包括增加chirp的频率扫描。在欧洲和日本，长时间使用79GHz频段上可用的4GHz带宽。由于美国的监管问题，到目前为止尚未商业化。但随着监管的放宽，目前已经快了。通用的供应商Alps Electrics（日本）最近获得美国联邦通信委员会批准在美国进行79GHz雷达试验，打开了超宽带79GHz雷达美国市场的大门。其它厂商，如Ainstein、IntiBeam、WHST也生产这些类型的79GHz微型高分辨率雷达。这不仅有助于实现Radar for Parking Assistance功能，还可以用于SLAM，实时向检测到的物体提供准确的距离信息。79GHz雷达的另一个优点是可以减轻彼此干扰的问题（比如街上好多装了雷达的车辆）。但为了充分利用79GHz频段，仍需要解决一些技术挑战，例如宽带天线的设计。

传感器融合
 
除了传感市场，传感器融合市场也受到了冲击。在当前L1的水平中，摄像头和雷达数据在微控制器、FPGA或视觉处理器进行边缘计算处理。对象分类、位置和速度是从不同传感器分别发送到汽车ECU上。随着传感器数量的激增，这种类型的解决方案就会越来越吃力了。Aptiv是第一个通过在相同设备上耦合摄像头和高分辨率雷达来展示接近传感器融合功能设备的厂家之一。
 
预计传感器融合将首先在L2上在MobilEye的视觉处理器或Xilinx的FPGA上与摄像头融合。从L4开始，传感器融合可在融合平台中包括摄像头、雷达和激光雷达数据，例如NVidia推出的平台。这种额外的计算负荷可以由车载电池支持，电动车的话可以是动力电池，但也要考虑到能耗的问题，这也是该解决方案的代价。另外，汽车仍有待开发高速通信连接。因此，边缘仍存在传感器计算的空间，而不是全部接收传感器原始数据的集中式计算。
所以，在雷达、传感器融合领域还有很大空间来吸引不同生态的玩家们来一番炒作和沉淀。
 
 
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