汽車防撞系統(tǒng)技術(shù)方案：毫米波防撞雷達(dá)

汽車在向高級(jí)輔助駕駛、自動(dòng)駕駛發(fā)展的過程中，自動(dòng)/輔助駕駛功能將逐漸替代人的主動(dòng)性，其中，最為重要的技術(shù)就是感知汽車周圍環(huán)境的防撞系統(tǒng)。毫米波雷達(dá)具有測(cè)量精度高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜等特性，適用于短距離精確測(cè)量，正大規(guī)模地應(yīng)用于汽車防撞系統(tǒng)中。

1 汽車防撞系統(tǒng)技術(shù)方案

目前，汽車防撞系統(tǒng)技術(shù)方案包括毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、紅外線雷達(dá)、攝像頭等。毫米波雷達(dá)受自然環(huán)境影響小，探測(cè)距離適中，在車載雷達(dá)領(lǐng)域性價(jià)比最高，但是難以識(shí)別行人、交通標(biāo)志等；激光雷達(dá)測(cè)量精度較高，可用于實(shí)時(shí)建立空間三維地圖，但是成本高昂，且在雨、雪、霧天效果較差；紅外線雷達(dá)測(cè)量精度較高，技術(shù)成熟且成本較低，但是測(cè)量距離近（小于10m），極大地限制了其應(yīng)用場(chǎng)景；攝像頭成本低，能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行識(shí)別，是車道偏離預(yù)警、交通標(biāo)志識(shí)別等功能必不可少的傳感器，但具有依賴光線、在夜間和極端天氣下會(huì)失效、難以精確測(cè)距等缺點(diǎn)。各類技術(shù)方案在測(cè)量距離、精準(zhǔn)度和適應(yīng)環(huán)境等方面各有優(yōu)劣。當(dāng)前各類輔助駕駛/無人駕駛解決方案中基本采用多傳感器融合的解決方案，但無論哪種方案，毫米波防撞雷達(dá)都具有重要地位。

2 毫米波雷達(dá)發(fā)展現(xiàn)狀

目前，毫米波雷達(dá)主要為24GHz和77GHz。

24GHz的雷達(dá)測(cè)量距離較短（5～30m），主要應(yīng)用于汽車后方；77GHz的雷達(dá)測(cè)量距離較長(zhǎng)（30～70m），主要應(yīng)用于汽車前方和兩側(cè)。毫米波雷達(dá)主要包括雷達(dá)射頻前端、信號(hào)處理系統(tǒng)、后端算法三部分。在現(xiàn)有的產(chǎn)品中，雷達(dá)后端算法的專利授權(quán)費(fèi)用約占成本的50%，射頻前端約占成本的40%，信號(hào)處理系統(tǒng)約占成本的10%。

2.1 射頻前端

射頻前端通過發(fā)射和接收毫米波，得到中頻信號(hào)，從中提取距離、速度等信息。因此，射頻前端直接決定了雷達(dá)系統(tǒng)的性能。當(dāng)前毫米波雷達(dá)射頻前端主要為平面集成電路，有混合微波集成電路（HMIC）和單片微波集成電路（MMIC）兩種形式。其中，MMIC形式的射頻前端成本低，成品率高，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。在生產(chǎn)工藝上，一般采用的是外延MESFET、HEMT和HBT等器件工藝。其中，GaAs基的HEMT工藝最為成熟，具有優(yōu)秀的噪聲性能。

2.2 信號(hào)處理系統(tǒng)

信號(hào)處理系統(tǒng)也是雷達(dá)重要的組成部分，通過嵌入不同的信號(hào)處理算法，提取從射頻前端采集得到的中頻信號(hào)，獲得特定類型的目標(biāo)信息。信號(hào)處理系統(tǒng)一般以DSP為核心，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法，滿足雷達(dá)的實(shí)時(shí)性需求。

2.3 后端算法

后端算法占整個(gè)毫米波雷達(dá)成本的比例最高。針對(duì)毫米波雷達(dá)，國(guó)內(nèi)研究人員從頻域、時(shí)域、時(shí)頻分析多個(gè)角度提出了大量的算法，離線實(shí)驗(yàn)的精度也較高。但是，國(guó)內(nèi)的雷達(dá)產(chǎn)品主要采用基于頻域的快速傅里葉變換及其改進(jìn)算法進(jìn)行分析，測(cè)量精度和適用范圍有一定局限性而國(guó)外算法受專利嚴(yán)格保護(hù)，價(jià)格非常昂貴。

3 毫米波雷達(dá)行業(yè)趨勢(shì)

毫米波雷達(dá)技術(shù)上的發(fā)展趨勢(shì)是模塊化和精確化，同時(shí)降低了成本，方便大規(guī)模裝配到汽車中。在雷達(dá)射頻前端，SiGe基工藝替代了GaAs基工藝，可以使射頻前端在保證帶寬的同時(shí)體積更小 。在信號(hào)處理系統(tǒng)方面，也出現(xiàn)了MCU+DSP，FPGA+DSP雙核架構(gòu)，可以滿足更高要求的信號(hào)處理需求。在毫米波雷達(dá)市場(chǎng)中，截至2016年，世界前三大廠商博世（占市場(chǎng)份額22%） 、大陸（占市場(chǎng)份額22%）和海拉（占市場(chǎng)份額13%）占據(jù)了全球一半以上的市場(chǎng)份額。中國(guó)市場(chǎng)中毫米波雷達(dá)全部依賴進(jìn)口，還沒有自主雷達(dá)產(chǎn)品，但國(guó)內(nèi)廠商，比如華域汽車、森思泰克、杭州智波等已完成了24GHz雷達(dá)的實(shí)驗(yàn)室開發(fā)，除了基本的測(cè)距、測(cè)速功能外，還能夠?qū)崿F(xiàn)盲點(diǎn)偵測(cè)、車道切換輔助等功能，解決了產(chǎn)品形態(tài)的國(guó)產(chǎn)化問題，相應(yīng)的產(chǎn)品預(yù)計(jì)在2017年年底出現(xiàn)。

4 結(jié)束語

毫米波防撞雷達(dá)憑借其均衡的性能成為汽車防撞的主要解決方案。目前，毫米波防撞雷達(dá)主要安裝在美系、德系高端汽車中。但在未來，毫米波防撞雷達(dá)必將是國(guó)內(nèi)外廠商的基本車型上必不可少的傳感器。我國(guó)在毫米波防撞雷達(dá)的研制上仍處于追趕學(xué)習(xí)階段，但是研發(fā)的進(jìn)展非常迅速。隨著更多的企業(yè)進(jìn)入到毫米波雷達(dá)的領(lǐng)域中，預(yù)計(jì)在不久的將來，國(guó)內(nèi)廠商的技術(shù)水平將達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先。