穿過(guò)迷霧——車載雷達(dá)的未來(lái)之路

　　您深夜還在路上疾馳，急著趕時(shí)間，您的電子記錄器幾乎填滿了，您的卡車嚴(yán)重超載。雨下得越來(lái)越大。您覺得太快了，但是周圍的汽車卻一點(diǎn)也不慢。

　　突然，一陣警報(bào)讓您精神起來(lái)。您本能的透過(guò)前大燈來(lái)觀察前面——什么也看不清。但是您的汽車已經(jīng)開始了緊急剎車。您撇了一眼儀表盤上的顯示，在那里，一片紅色的圖像越來(lái)越大，是一輛翻倒的貨車，擋住了彎道周圍的車道。您的卡車自己停下了，前大燈照亮了正在努力救出貨車司機(jī)的救援人員。

　　歡迎來(lái)到雷達(dá)輔助駕駛世界。

　　今后幾年中，雷達(dá)會(huì)在高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）的發(fā)展中扮演重要角色。隨著其角色的擴(kuò)展，雷達(dá)收發(fā)器、信號(hào)處理和自動(dòng)避險(xiǎn)等功能將使得車載ADAS系統(tǒng)越來(lái)越像作戰(zhàn)飛機(jī)中的戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)，將對(duì)汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)生很大的影響。

　　為什么是雷達(dá)？

　　對(duì)ADAS的大部分討論都集中在使用可見波長(zhǎng)攝像機(jī)的被動(dòng)視覺系統(tǒng)上。而Freescale半導(dǎo)體公司的雷達(dá)系統(tǒng)工程師Ralf Reuter很有說(shuō)服力的論證了77-GHz雷達(dá)的作用。Reuter在一次最近的訪談中談?wù)摰剑骸爸匾囊稽c(diǎn)是，［ADAS傳感技術(shù)］只有雷達(dá)是與天氣無(wú)關(guān)的。而攝像機(jī)在識(shí)別目標(biāo)上有優(yōu)勢(shì)，雷達(dá)更善于探測(cè)物體，測(cè)量其速度。”Reuter解釋到，出于這些原因，很多重視探測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)分類評(píng)估的早期系統(tǒng)會(huì)選擇雷達(dá)。他指出：“在歐洲，對(duì)卡車緊急剎車系統(tǒng)有很大的需求。它是基于雷達(dá)的?！?/p>

　　雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)一個(gè)簡(jiǎn)單的中距離系統(tǒng)，向前直視整條道路。但是，很快會(huì)發(fā)展到多傳感器系統(tǒng)，同時(shí)包括長(zhǎng)距離前視和短距離360度危險(xiǎn)評(píng)估功能，如圖1所示。

　　圖1.雷達(dá)系統(tǒng)能夠進(jìn)行前向搜索，以及觀察車輛四周。

　　圖片經(jīng)過(guò)Freescale半導(dǎo)體公司的授權(quán)

　　雖然光學(xué)視覺系統(tǒng)非常成熟了，而雷達(dá)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)會(huì)使其更加完善。Reuter預(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)，具有目標(biāo)識(shí)別的多攝像機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)能夠融合視頻和雷達(dá)數(shù)據(jù)，對(duì)周圍的世界建立動(dòng)態(tài)模型。

　　采集信號(hào)

　　理解雷達(dá)對(duì)汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響是從理解傳感器開始的。大部分汽車?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)都愿意使用24或者77-GHz自由頻段。發(fā)送器一般是頻率調(diào)制的連續(xù)波（FMCW）設(shè)計(jì)，它發(fā)出“啁啾”：在頻域的快速變化，如圖2所示。

　　圖2.車載雷達(dá)將使用啁啾類型的FMCW。

　　圖片經(jīng)過(guò)Freescale半導(dǎo)體公司的授權(quán)

　　Reuter解釋說(shuō)：“FMCW最大的優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)化了對(duì)反射信號(hào)的理解。您可以從反射頻率中直接讀取目標(biāo)范圍，從多普勒頻移中得出速度。與脈沖調(diào)制方案相比，產(chǎn)生CW不太復(fù)雜，理解起來(lái)也很容易，很可靠。這是車輛廠商最關(guān)心的問(wèn)題，他們覺得花在改進(jìn)ADAS上的每一個(gè)歐元都直接來(lái)自企業(yè)利潤(rùn)。

　　接收信號(hào)也需要低成本新穎的設(shè)計(jì)。通過(guò)采集方位信息來(lái)收集反射信號(hào)需要機(jī)械掃描天線或者相控陣天線，并且結(jié)合了數(shù)字聚束算法。天線后面一般是具有很多通道的零差接收機(jī)，這是天線設(shè)計(jì)所需要的——用于簡(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)天線，一個(gè)陣列有16個(gè)。

　　Reuter說(shuō)：“接收機(jī)輸出是DC-20-MHz頻帶的基帶信號(hào)。”設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)具有良好方位角分辨率的系統(tǒng)會(huì)有8至16個(gè)通道，需要8至16個(gè)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。