【導(dǎo)讀】汽車?yán)走_(dá)作為核心傳感器技術(shù)，涵蓋多種類型，其中毫米波（mmWave）雷達(dá)憑借全天候目標(biāo)探測能力脫穎而出。無論面對暴雨、濃霧還是沙塵等惡劣環(huán)境，其穩(wěn)定性能均遠(yuǎn)超其他傳感器方案。在智能汽車領(lǐng)域，毫米波雷達(dá)已成為ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）與自動(dòng)駕駛技術(shù)的基石，通過精準(zhǔn)感知周圍環(huán)境，為車輛提供實(shí)時(shí)距離、速度與角度數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建安全、高效的駕駛決策基礎(chǔ)，推動(dòng)自動(dòng)駕駛從概念向現(xiàn)實(shí)加速演進(jìn)。
汽車?yán)走_(dá)作為核心傳感器技術(shù)，涵蓋多種類型，其中毫米波（mmWave）雷達(dá)憑借全天候目標(biāo)探測能力脫穎而出。無論面對暴雨、濃霧還是沙塵等惡劣環(huán)境，其穩(wěn)定性能均遠(yuǎn)超其他傳感器方案。在智能汽車領(lǐng)域，毫米波雷達(dá)已成為ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）與自動(dòng)駕駛技術(shù)的基石，通過精準(zhǔn)感知周圍環(huán)境，為車輛提供實(shí)時(shí)距離、速度與角度數(shù)據(jù)，從而構(gòu)建安全、高效的駕駛決策基礎(chǔ)，推動(dòng)自動(dòng)駕駛從概念向現(xiàn)實(shí)加速演進(jìn)。
毫米波雷達(dá)在汽車中的應(yīng)用
毫米波是30-300GHz頻率范圍內(nèi)的短波電磁波。毫米波雷達(dá)的波長從1mm到1cm不等。在汽車工業(yè)中，毫米波雷達(dá)常被用于無干擾地精確感測位置、速度和角度。根據(jù)使用的頻率劃分，汽車毫米波雷達(dá)主要有24GHz毫米波段、60GHz毫米波段和77GHz毫米波段三種類型。就毫米波雷達(dá)傳感器而言，工作頻率越高，波長越短，則帶寬越寬，分辨率越高。
? 24GHz毫米波雷達(dá)被稱為短波雷達(dá)，波長為1.25cm，可感應(yīng)15cm至30m范圍內(nèi)的距離，可用于停車輔助系統(tǒng)。由于工作頻率相對較低，帶寬較窄（僅250MHz），因此24GHz毫米波雷達(dá)的測量精度有限，這也限制了它的應(yīng)用范圍。不過，24GHz毫米波雷達(dá)因技術(shù)較為成熟，器件的價(jià)格很便宜，對價(jià)格敏感的應(yīng)用而言是個(gè)不錯(cuò)的選擇。
? 60GHz毫米雷達(dá)的波長為5mm，它的出現(xiàn)主要是為了應(yīng)對24GHz雷達(dá)帶寬和精度的不足。在非汽車領(lǐng)域，對毫米波雷達(dá)的應(yīng)用已逐漸從24GHz轉(zhuǎn)移到60GHz。60GHz毫米波雷達(dá)可用于人體姿勢檢測、生命體征監(jiān)測和分區(qū)軌跡追蹤等高級功能場景。而對人體姿勢檢測和生命體征監(jiān)測正在成車內(nèi)乘員健康監(jiān)測的重要選項(xiàng)。因此，60GHz毫米波雷達(dá)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用也在逐漸展開。
? 77GHz毫米波雷達(dá)的波長僅為3.9mm，頻率相對較高。一般來說，雷達(dá)的波長越短，分辨率/精度就越高，整個(gè)系統(tǒng)的外形也將更小。汽車盲點(diǎn)檢測需要在1m至100m的中程范圍內(nèi)進(jìn)行檢測，77GHz毫米波雷達(dá)完全覆蓋這一應(yīng)用需求。對于自適應(yīng)巡航控制和前方碰撞預(yù)警系統(tǒng)而言，可能需要探測到長達(dá)250m的距離，這種遠(yuǎn)程探測需求可選擇77GHz或79GHz毫米波雷達(dá)。
毫米波雷達(dá)作為一種非接觸式傳感器，與相機(jī)、紅外或激光雷達(dá)（LiDAR）相比，具有抗干擾性能強(qiáng)、全天候（大雨天除外）工作、雨霧、煙霧和灰塵穿透能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。這些特性使其成為旨在提高車輛安全性和駕駛自動(dòng)化的現(xiàn)代車輛的理想解決方案。
毫米波雷達(dá)賦能自動(dòng)駕駛
毫米波雷達(dá)通常集成在車輛的角落，靠近保險(xiǎn)杠，以覆蓋盲點(diǎn)并協(xié)助碰撞檢測、停車和其他安全功能。毫米波角雷達(dá)技術(shù)能夠掃描比傳統(tǒng)雷達(dá)傳感器更寬的區(qū)域，可提供車輛周圍的360度視野。汽車毫米波角雷達(dá)使用毫米波頻率來檢測車輛周圍的物體和障礙物，特別是在能見度有限的角落。這種雷達(dá)技術(shù)在增強(qiáng)車道保持輔助、防撞、自適應(yīng)巡航控制和盲點(diǎn)檢測等系統(tǒng)的功能方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。
安全一直是汽車行業(yè)的首要關(guān)注點(diǎn)，毫米波角雷達(dá)等雷達(dá)技術(shù)為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)做出了重大貢獻(xiàn)。毫米波角雷達(dá)提供的極重要的安全功能之一是盲點(diǎn)檢測。它可以提醒駕駛員在難以看到的區(qū)域，特別是在高速公路上，存在其他車輛或障礙物，有效降低了變道或并線時(shí)發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)毫米波角雷達(dá)與其他ADAS技術(shù)協(xié)同工作時(shí)，通過不斷監(jiān)測車輛周圍的環(huán)境，可實(shí)時(shí)提醒駕駛員潛在的碰撞風(fēng)險(xiǎn)，甚至應(yīng)用自動(dòng)制動(dòng)來防止事故，大大降低側(cè)面碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。
在狹小的空間停車是駕駛員非常不喜歡做的事情之一，但有了角雷達(dá)，系統(tǒng)可為駕駛員提供精確的引導(dǎo)，使停車更容易、更安全。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在檢測物體和做出瞬間決策以安全導(dǎo)航方面需要高精度，角雷達(dá)通過向車輛控制系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，幫助其做出有關(guān)轉(zhuǎn)向、制動(dòng)和加速的明智決定。
雖然毫米波雷達(dá)擅長在遠(yuǎn)程和具有挑戰(zhàn)性的天氣條件下探測物體，但攝像頭、激光雷達(dá)和超聲波傳感器等其他傳感器通過提供額外的細(xì)節(jié)能有效補(bǔ)充其功能。因此，毫米波雷達(dá)通常會被集成到多傳感器融合系統(tǒng)中。
在融合系統(tǒng)中，攝像頭提供高分辨率圖像，詳細(xì)識別物體，如交通標(biāo)志、車道標(biāo)記和行人外觀。激光雷達(dá)生成環(huán)境的3D地圖，創(chuàng)建附近物體和障礙物的高精度模型。超聲波傳感器檢測非常近的物體，如停車時(shí)的路緣或其他車輛。通過結(jié)合來自多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)，車輛的ADAS可以更全面地了解周圍環(huán)境。
這種傳感器融合方法為現(xiàn)實(shí)駕駛場景提供了更穩(wěn)健的智能駕駛解決方案。以汽車自動(dòng)制動(dòng)系統(tǒng)為例，毫米波雷達(dá)可與攝像頭一起搭配使用。攝像頭用于識別前方彎道半徑和障礙物，還能控制毫米波雷達(dá)的探測方向。毫米波雷達(dá)則用于精準(zhǔn)地檢測障礙物的距離和接近速度，用于汽車應(yīng)用的毫米波雷達(dá)可正確區(qū)分多個(gè)障礙物。
ADAS和防撞系統(tǒng)中的毫米波雷達(dá)方案
毫米波雷達(dá)在防撞方面非常顯著的優(yōu)勢是其高分辨率的探測能力，即使在幾百米的距離它也能探測到物體，為車輛提供充足的時(shí)間來躲避潛在的障礙和危險(xiǎn)。在檢測移動(dòng)物體方面，毫米波雷達(dá)也特別有效，它能準(zhǔn)確探測到道路上行駛的車輛、行人、自行車以及動(dòng)物等，即使在高速公路和城市復(fù)雜街道等環(huán)境中亦能如此。
此外，毫米波雷達(dá)的高精度使其還能夠區(qū)分靜止和運(yùn)動(dòng)的物體，并估計(jì)它們的運(yùn)行速度和方向。這些信息對于自適應(yīng)巡航控制（ACC）、自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）和其他旨在防止追尾碰撞和避免潛在事故的安全功能至關(guān)重要。
在ADAS和防撞系統(tǒng)中，集成在車輛的前、后和側(cè)面板中的毫米波雷達(dá)，通過感應(yīng)物體并測量其距離、速度和軌跡，使車輛能夠及時(shí)采取糾正措施，如制動(dòng)或轉(zhuǎn)向調(diào)整，避免發(fā)生碰撞。
圖：可用于ADAS和泊車應(yīng)用的毫米波解決方案（圖源：Texas Instruments）
TI AWRL1432
Texas Instruments擁有全線的、適用于汽車自動(dòng)駕駛的毫米波雷達(dá)產(chǎn)品（如圖3）。其中，AWRL1432毫米波雷達(dá)傳感器專為汽車應(yīng)用中的自監(jiān)控雷達(dá)系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，包括踢開門、停車輔助、盲點(diǎn)檢測和車門障礙物檢測等。
圖：可用于停車輔助、盲點(diǎn)檢測等方案的低功耗毫米波雷達(dá)傳感器AWRL1432系統(tǒng)框圖（圖源：Texas Instruments）
該傳感器工作在76GHz至81GHz頻帶，連續(xù)帶寬為5GHz，內(nèi)置一個(gè)Arm M4F內(nèi)核（160MHz）和一個(gè)單精度浮點(diǎn)單元（FPU），用于高效的信號控制。其還具有Texas Instruments雷達(dá)硬件加速器（HWA 1.2），用于處理快速傅里葉變換（FFT）、對數(shù)幅度和恒定虛警率（CFAR）操作等任務(wù)。
AWRL1432傳感器分為四個(gè)電源域：射頻/模擬子系統(tǒng)、前端控制器子系統(tǒng)（FECSS）、應(yīng)用子系統(tǒng)（APPSS）和硬件加速器（HWA）。AWRL1432對每個(gè)電源域都有單獨(dú)的控制，允許根據(jù)使用情況打開或關(guān)閉每個(gè)狀態(tài)。即使在低功耗狀態(tài)下，傳感器也會保留一些信息，如應(yīng)用程序圖像或RF配置文件，使設(shè)備能夠快速恢復(fù)運(yùn)行。
從圖3中可以看出，AWR1843是作為毫米波角雷達(dá)傳感器使用的，它采用Texas Instruments低功耗45nm RF CMOS工藝，在極小的外形尺寸下實(shí)現(xiàn)了高集成度。單芯片實(shí)現(xiàn)了3TX、4RX系統(tǒng)，同時(shí)內(nèi)置PLL和ADC以及用于雷達(dá)信號處理的高性能C674x DSP。
此外，AWR1843芯片內(nèi)還包括一個(gè)用于汽車接口的用戶可編程ARM R4F基座。簡單的編程模型更改即可完成各種傳感器的實(shí)現(xiàn)（近距離、中距離和遠(yuǎn)距離），并有可能動(dòng)態(tài)重新配置以實(shí)現(xiàn)多模傳感器。AWR1843在76GHz至81GHz頻段運(yùn)行，是汽車領(lǐng)域低功耗、自我監(jiān)控、超精確雷達(dá)系統(tǒng)的理想解決方案。
圖：可用于毫米波角雷達(dá)傳感器的AWR1843系統(tǒng)框圖（圖源：Texas Instruments）
毫米波雷達(dá)的四大發(fā)展趨勢
在技術(shù)進(jìn)步和不斷變化的市場需求的推動(dòng)下，毫米波雷達(dá)市場呈上升趨勢。Data Insights Market預(yù)計(jì)，到2033年，全球毫米波雷達(dá)汽車市場的價(jià)值將達(dá)到約90.95億美元，2025年至2033年的復(fù)合年增長率為4.3%。
制造商在將毫米波雷達(dá)集成到ADAS和自動(dòng)駕駛汽車后，有效提高了安全性和運(yùn)營效率。現(xiàn)在，汽車行業(yè)越來越多地開始將毫米波雷達(dá)用來實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制、防撞和行人檢測等功能。
綜合分析，毫米波雷達(dá)將在以下四個(gè)方面取得較大發(fā)展：
? 77GHz毫米波雷達(dá)的應(yīng)用：與24GHz雷達(dá)相比，77GHz雷達(dá)技術(shù)提供了更高的分辨率和范圍，使其成為高級安全應(yīng)用的首選。77GHz雷達(dá)的采用率預(yù)計(jì)將在未來幾年大幅提高。
? 與高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的集成：毫米波汽車?yán)走_(dá)正越來越多地與自適應(yīng)巡航控制、車道偏離警告和自動(dòng)緊急制動(dòng)等ADAS系統(tǒng)集成。這些系統(tǒng)使用雷達(dá)數(shù)據(jù)來提高車輛安全性，并在各種駕駛場景中為駕駛員提供幫助。
? 大量采用板上芯片（COB）技術(shù)：COB技術(shù)將雷達(dá)傳感器和天線集成在單個(gè)芯片上。這項(xiàng)技術(shù)有望大幅降低毫米波雷達(dá)傳感器的成本和尺寸，助推毫米波雷達(dá)在汽車行業(yè)的應(yīng)用。
? 加速與AI和機(jī)器學(xué)習(xí)等新興技術(shù)的融合：AI技術(shù)將被用來提高毫米波雷達(dá)傳感器的性能。人工智能雷達(dá)傳感器可以學(xué)習(xí)和適應(yīng)環(huán)境，使其更加準(zhǔn)確和可靠。AI和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）技術(shù)以及將毫米波雷達(dá)與相機(jī)和激光雷達(dá)等其他傳感器的集成將成為推動(dòng)毫米波雷達(dá)市場發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?br style="padding: 0px; margin: 0px auto; font-family: Arial, 微軟雅黑; font-size: 15px; text-wrap-mode: wrap; background-color: rgb(247, 247, 247);"/>
本文小結(jié)
自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展推動(dòng)了對高性能毫米波汽車?yán)走_(dá)傳感器的需求。這些傳感器是自動(dòng)駕駛車輛的障礙物檢測、路徑規(guī)劃、車輛防撞系統(tǒng)和盲點(diǎn)檢測（BSD）等應(yīng)用的關(guān)鍵組件。其中，盲點(diǎn)檢測預(yù)計(jì)將成為毫米波汽車?yán)走_(dá)市場的主要細(xì)分市場。
激光雷達(dá)因價(jià)格昂貴通常只適用于高端車輛，毫米波雷達(dá)憑借較高的成本效益為我們提供了一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的防撞系統(tǒng)替代方案，且不會對性能產(chǎn)生較大影響，這使得汽車制造商更容易以較低成本將先進(jìn)的技術(shù)集成到更廣泛的車輛中。
對ADAS需求的不斷增長，安全法規(guī)的日益嚴(yán)格，這一切都正在推動(dòng)著毫米波雷達(dá)市場的增長。毫米波雷達(dá)的應(yīng)用正在徹底改變車輛的安全性，特別是在防撞領(lǐng)域，使其成為現(xiàn)代車輛不可或缺的雷達(dá)技術(shù)。
與此同時(shí)，對毫米波雷達(dá)等先進(jìn)安全技術(shù)的需求開辟了新的商業(yè)和投資機(jī)會，隨著汽車制造商不斷將這些先進(jìn)功能集成到他們的車輛中，雷達(dá)系統(tǒng)和傳感器組件的供應(yīng)商亦將從中受益。
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