汽車ADAS系統(tǒng)和無人駕駛技術(shù)的重要傳感器，77GHz毫米波雷達(dá)正在替代24GHz成為主流

把毫米波雷達(dá)安裝在汽車上，可以測(cè)量從雷達(dá)到被測(cè)物體之間的距離、角度和相對(duì)速度等。利用毫米波雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制（Adaptive CruiseControl），前向防撞報(bào)警（Forward Collision Warning），盲點(diǎn)檢測(cè)（Blind SpotDetection），輔助停車（Parking aid），輔助變道（Lane changeassistant），自主巡航控制（ACC）等高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）功能。其中24GHz雷達(dá)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)近距離探測(cè)（SRR），而77GHz系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的探測(cè)（LRR）。

在無人駕駛架構(gòu)中，傳感層被比作為汽車的“眼睛”，包括車載攝像頭等視覺系傳感器和車載毫米波雷達(dá)、車載激光雷達(dá)和車載超聲波雷達(dá)等雷達(dá)系傳感器。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛和V2X的夢(mèng)想，早在上個(gè)世紀(jì)毫米波雷達(dá)就已經(jīng)用在高檔汽車當(dāng)中，但當(dāng)時(shí)較低的工藝水平和較高的成本影響了毫米波雷達(dá)在汽車智能化中的應(yīng)用和普及。

隨著工藝和技術(shù)的提升，體積更小、功耗更低、性能更好、價(jià)格更低，技術(shù)比較成熟的毫米波雷達(dá)又一次展現(xiàn)出在自動(dòng)駕駛汽車應(yīng)用中的重要性，率先成為無人駕駛系統(tǒng)主力傳感器。

把毫米波雷達(dá)安裝在汽車上，可以測(cè)量從雷達(dá)到被測(cè)物體之間的距離、角度和相對(duì)速度等。毫米波雷達(dá)目前主要應(yīng)用于中高端車型，隨著大眾對(duì)汽車主動(dòng)安全性能的認(rèn)可度增加，ADAS相關(guān)產(chǎn)品將逐漸向低端車型普及。利用毫米波雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制（Adaptive CruiseControl），前向防撞報(bào)警（Forward Collision Warning），盲點(diǎn)檢測(cè)（Blind SpotDetection），輔助停車（Parking aid），輔助變道（Lane changeassistant），自主巡航控制（ACC）等高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）功能。其中24GHz雷達(dá)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)近距離探測(cè)（SRR），而77GHz系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的探測(cè)（LRR）。

作為汽車ADAS系統(tǒng)和無人駕駛技術(shù)的重要傳感器，77GHz毫米波雷達(dá)正在替代24GHz成為主流。而集成度更高、價(jià)格更有優(yōu)勢(shì)的CMOS制程毫米波雷達(dá)也逐漸成為下一代77G毫米波雷達(dá)方案的首選。

為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛，77GHz毫米波雷達(dá)是必不可少的。如今，業(yè)界將自動(dòng)駕駛的實(shí)現(xiàn)寄希望于多傳感器融合。多傳感器融合可以分為分布式、集中式以及分布集中式。但是無論采用哪種融合方式，77GHz毫米波雷達(dá)是必不可少的。目前汽車中常用的幾類傳感器中，視覺傳感器價(jià)格便宜，但得到的是二維信息，沒有深度信息。激光雷達(dá)受環(huán)境限制較小，精度和準(zhǔn)確度也比較高，不過價(jià)格昂貴。毫米波雷達(dá)具備深度信息可以提供目標(biāo)的距離，通過檢測(cè)其多普勒頻移可將目標(biāo)的速度提取出來，更重要的是相比激光雷達(dá)，毫米波雷達(dá)成本更容易被接受。目前汽車安裝的雷達(dá)傳感器數(shù)量也在不斷增加，一般來說至少要1長(zhǎng)(LRR )+4中短(SRR)共5個(gè)毫米波雷達(dá)，中短毫米波雷達(dá)主要以24GHz為主，而長(zhǎng)程雷達(dá)必須是77Ghz。

下圖是SRR和LRR結(jié)合應(yīng)用圖

想要完全實(shí)現(xiàn)ADAS各項(xiàng)功能一般需要“1長(zhǎng)+4中短”5個(gè)毫米波雷達(dá)。以自動(dòng)跟車型（Stop & Go）ACC功能為例，一般需要3個(gè)毫米波雷達(dá)。車正中間一個(gè)77GHz的LRR，探測(cè)距離在150-250米之間，角度為10度左右；車兩側(cè)各一個(gè)24GHz的MRR，角度都為30度，探測(cè)距離在50-70米之間。AEB是最有實(shí)際意義的ADAS功能，未來會(huì)成為中高檔汽車的標(biāo)配，需要1個(gè)77GHz LRR。

在汽車所需毫米波雷達(dá)數(shù)量增加的背景下，需要體積更小、功耗更低、價(jià)格更低的毫米波雷達(dá)。從應(yīng)用上開看，24GHz毫米波雷達(dá)主要應(yīng)用于側(cè)向，探測(cè)距離在50-70米之間，77GHz則主要應(yīng)用于前向，探測(cè)距離在150-250米之間。兩種頻段的雷達(dá)內(nèi)部系統(tǒng)和信號(hào)處理檢測(cè)方法一致，主要區(qū)別為硬件差異，前端單片集成電路MMIC和雷達(dá)天線高頻PCB板是毫米波雷達(dá)的硬件核心。77GHz最大的優(yōu)勢(shì)是天線是24GHz的三分之一，同樣的體積可以做更多的通道，識(shí)別精度也更高，穿透能力也更強(qiáng)。

77GHz頻段比24GHz頻段的法定帶寬更寬、物理波長(zhǎng)更短，分辨能力能提升三倍以上，雷達(dá)體積也能做得更小。目前，24GHz只能識(shí)別50厘米以上的物體，而77GHz能識(shí)別20厘米以上的物體，這個(gè)差別最重要的意義在于做到50厘米以下更容易識(shí)別行人，增加安全性。77GHz做中短距離雷達(dá)的挑戰(zhàn)在于波束寬帶小，在短距離內(nèi)，覆蓋范圍不如24GHz雷達(dá)廣，需要增加雷達(dá)數(shù)量。

目前各個(gè)國(guó)家對(duì)車載毫米波雷達(dá)分配的頻段各有不同，但主要集中在24GHz和77GHz，少數(shù)國(guó)家（如日本）采用60GHz頻段。由于77G相對(duì)于24G的諸多優(yōu)勢(shì)，未來全球車載毫米波雷達(dá)的頻段會(huì)趨同于77GHz頻段（76-81GHz）。

從原理上來說，77G雷達(dá)系統(tǒng)和24G雷達(dá)系統(tǒng)基本相似， 沒有上面根本性的區(qū)別。對(duì)于FMCW雷達(dá)系統(tǒng)，則主要包括收發(fā)天線、射頻前端、調(diào)制信號(hào)、信號(hào)處理模塊等。毫米波雷達(dá)通過接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的相關(guān)處理實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)距離、方位、相對(duì)速度。

最新的77G雷達(dá)系統(tǒng)方案一般都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了高度集成化，射頻、調(diào)制等電路都集成到一顆MMIC芯片（單片式微波集成電路Monolithic MicrowaveIntegrated Circuit）,則雷達(dá)系統(tǒng)主要包括天線PCB板（板上天線）、MMIC收發(fā)器和數(shù)字信號(hào)處理模塊。MMIC具有電路損耗低、噪聲低、頻帶寬、動(dòng)態(tài)范圍大、功率大、抗電磁輻射能力強(qiáng)等特點(diǎn)。它包括多種功能電路，如低噪聲放大器（LNA）、功率放大器、混頻器、檢波器、調(diào)制器、壓控振蕩器(VCO)、移相器等。

新的77G MMIC芯片一般選擇CMOS工藝。CMOS制程，是77GHz雷達(dá)的后起之秀，它的優(yōu)勢(shì)在于功耗低，數(shù)字電路屬性便于微型化集成，而缺點(diǎn)就是噪聲較大，動(dòng)態(tài)范圍較小。從市場(chǎng)角度，消費(fèi)者更喜歡外觀漂亮的產(chǎn)品，所以在主機(jī)車廠做工業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，不希望外觀受雷達(dá)影響。在性能過關(guān)的前提下，體積更小的CMOS雷達(dá)會(huì)更受青睞，所以未來的市場(chǎng)將會(huì)是CMOS的。同時(shí)，基于CMOS工藝，也有方案把MMIC和數(shù)字處理芯片再做集成，實(shí)現(xiàn)單芯片77G雷達(dá)方案。

當(dāng)然，在CMOS MMIC研發(fā)生產(chǎn)過程中，CMOS與鍺硅的差異點(diǎn)，也就是難點(diǎn)所在，一個(gè)就是在CMOS本身能承受的功率較少，在低功率下要保證距離范圍的覆蓋需要一些技術(shù)手段，另一個(gè)就是CMOS噪聲較大，需要在硬件設(shè)計(jì)和降噪算法上多下功夫。這兩點(diǎn)也是不同芯片供應(yīng)商提供的MMIC的性能差異之所在。目前市場(chǎng)主流的77G MMIC供應(yīng)商包括NXP，英飛凌，ADI，以及TI等傳統(tǒng)模擬大廠。