毫米波雷達(dá)的優(yōu)勢，ADAS趨勢下的大爆發(fā)

　　隨著汽車安全標(biāo)準(zhǔn)、汽車電子化水平以及人們對駕駛安全需求的不斷增長，近幾年來，具備主動安全技術(shù)的ADAS系統(tǒng)呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢，這其中需要大量的傳感器。據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)IHS Research 預(yù)測，隨著ADAS 系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，未來幾年汽車?yán)走_(dá)傳感器市場的年均增長率將高達(dá)23%，這其中，毫米波雷達(dá)是不二的選擇。

　　應(yīng)用于汽車上的不同種類雷達(dá)

　　汽車?yán)走_(dá)可分為超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等，不同雷達(dá)的原理不盡相同，性能特點(diǎn)也各有優(yōu)勢，可用于實(shí)現(xiàn)不同的功能。

　　超聲波雷達(dá)是利用傳感器內(nèi)的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生 40KHz的超聲波，再由接收探頭接收經(jīng)障礙物反射回來的超聲波，根據(jù)超聲波反射接收的時(shí)間差計(jì)算與障礙物之間的距離。超聲波雷達(dá)成本較低，但探測距離近，只有幾米，因此常用于泊車系統(tǒng)中，且超聲波雷達(dá)會受限天氣條件。

　　激光雷達(dá)具有分辨率高、精度高、抗有源干擾能力強(qiáng)的優(yōu)勢，是軍轉(zhuǎn)民的高精度雷達(dá)技術(shù)。在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，主要是用于無人駕駛系統(tǒng)，例如谷歌無人車、百度無人車都采用了激光雷達(dá)。激光雷達(dá)也會受天氣影響，在大雪、霧霾時(shí)功能會受限，且價(jià)格昂貴。

　　毫米波雷達(dá)是ADAS系統(tǒng)的主要傳感器，毫米波雷達(dá)頻率范圍30GHz-300GHz，波長從1cm到1mm，毫米波雷達(dá)探測距離較長，可達(dá)200多米，可以對目標(biāo)進(jìn)行有無檢測、測距、測速以及方位測量。它具有良好的角度分辨能力，可以檢測較小的物體。同時(shí)，毫米波雷達(dá)有極強(qiáng)的穿透率，能夠穿過光照、降雨、揚(yáng)塵、下霧或霜凍來準(zhǔn)確探測物體，可以在全黑的環(huán)境工作，可全天候工作。

　　從上面的比較可以看出，相比激光雷達(dá)，毫米波雷達(dá)仍有著強(qiáng)大的優(yōu)勢，激光的波長遠(yuǎn)小于毫米波 （nm vs mm），所以霧霾可能導(dǎo)致激光雷達(dá)失效。同樣的原因，毫米波雷達(dá)的探測距離可以輕松超過200米，而激光雷達(dá)一般不超過150米，所以對于高速公路跟車場景，毫米波雷達(dá)能夠做的更好。

　　另外，最主要的原因是毫米波雷達(dá)便宜，作為成熟產(chǎn)品，毫米波雷達(dá)目前的價(jià)格大概在1.5千左右，而激光雷達(dá)的價(jià)格目前仍然是以萬作為單位計(jì)算的。

　　雖然激光雷達(dá)號稱無人車的眼睛，近幾年也受到了前所未有的追捧，但在目前階段，ADAS及自動駕駛方案選擇的主流仍然是毫米波雷達(dá)。

　　毫米波雷達(dá)市場火熱

　　在無人駕駛時(shí)代尚未到來之前，最需要廣泛普及的是ADAS駕駛員輔助駕駛系統(tǒng)，因此，毫米波雷達(dá)將是近幾年車載雷達(dá)的主流。同時(shí)，毫米波雷達(dá)的主要器件成本近幾年大幅降低，也使得它可以在汽車領(lǐng)域迅速應(yīng)用起來。

　　據(jù)了解，目前眾多車企，例如：大眾、奔馳、奧迪、豐田等在其中高端車型上都已配置了毫米波雷達(dá)，相信，隨著智能駕駛及無人駕駛的發(fā)展，毫米波雷達(dá)將成為汽車的標(biāo)配。數(shù)據(jù)顯示，2015年，中國車載毫米波雷達(dá)銷量為180萬顆，平均每12輛車配裝1顆，這兩年發(fā)展速度迅猛，中國市場潛力巨大。

　　據(jù)智研咨詢發(fā)布的《2016-2022年中國毫米波雷達(dá)行業(yè)市場供需預(yù)測及投資戰(zhàn)略研究報(bào)告》顯示，至2020年，預(yù)計(jì)全球車載毫米波雷達(dá)出貨量可達(dá)7200萬顆。按國內(nèi)ADAS滲透率在2020年達(dá)到30%估算，每套ADAS需要4個(gè)短距毫米波雷達(dá)+1個(gè)長距毫米波雷達(dá)，則國內(nèi)出貨量可達(dá)4500萬顆，市場規(guī)模將超200億。

　　毫米波雷達(dá)在汽車中的應(yīng)用模式

　　大約上世紀(jì)90年代，毫米波雷達(dá)就開始應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，當(dāng)時(shí)的應(yīng)用是汽車自適應(yīng)巡航（ACC）功能，這主要依賴于毫米波長達(dá)200米以上的距離探測功能，其它手段是很難做到的。后來，又陸續(xù)發(fā)展出了防撞、盲區(qū)探測等眾多其他功能，但是這個(gè)技術(shù)門檻一直很高，價(jià)格也一直很貴，直到2012年，出現(xiàn)了芯片級別的毫米波射頻芯片，技術(shù)門檻才降低，成本也降下來了，才為汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用打開窗口。

　　目前，在毫米波頻段，開放給民用的波段有24GHz60GHz77GHz120GHz，其中，24GHz和77GHz在汽車中都有應(yīng)用，24GHz開放得最早，目前應(yīng)用較普遍。24GHz主要面向5-70m的中短距探測，主要應(yīng)用有BSDLDWLKA LCAPA等。77GHz主要面向100-250米的中長距探測，例如ACC FCW AEB等。但隨著車用雷達(dá)系統(tǒng)對精度要求的提升，77GHz將是未來的主流。

　　單芯片高精度是發(fā)展趨勢

　　隨著汽車智能化程度及主動安全功能的提升，汽車毫米波雷達(dá)的需求向高精度發(fā)展，一些高端車型的雷達(dá)系統(tǒng)正在從24GHz向77GHz升級。

　　以ACC自適應(yīng)巡航為例，所使用的雷達(dá)升級換代成77GHz的毫米波雷達(dá)后，ACC自適應(yīng)巡航的工作時(shí)速由25km起，比起24GHz雷達(dá)系統(tǒng)，識別率是原來的三倍，測速和測距的精準(zhǔn)率提高了三至五倍，因而可以更準(zhǔn)確快速地監(jiān)測與前車的距離，在保持距離的情況下隨前車的速度進(jìn)行加減速、剎停和起步。而且因?yàn)槔走_(dá)的特性，即便在有霧、煙、灰塵的干擾等惡劣天氣環(huán)境下，也能得到精確的探測結(jié)果。

　　毫米波雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　毫米波雷達(dá)系統(tǒng)主要包括天線、收發(fā)系統(tǒng)、信號處理系統(tǒng)，收發(fā)系統(tǒng)芯片和天線 PCB是毫米波雷達(dá)的硬件核心。

　　其中，收發(fā)器芯片普遍使用 SiGe 雙極型晶體管等特殊半導(dǎo)體，這些基于硅鍺技術(shù)的芯片無法實(shí)現(xiàn)更高的集成，因此，一個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)往往需要多個(gè)芯片加外圍器件構(gòu)成。雖然基于SiGe技術(shù)的77GHz汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)可以很好地滿足汽車需求，但它們體積過大、過于笨重，占用了大量電路板空間，同時(shí)價(jià)格也比較昂貴。

　　隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，被廣泛用于數(shù)字電路且成本相對較低的 CMOS，也可被用于毫米波電路。CMOS 與傳統(tǒng) SiGe 雙極型晶體管相比，由于在低電壓條件下也可運(yùn)行，因此可降低耗電量。雖然 CMOS 存在低頻區(qū)噪聲偏大的問題，但兩者在毫米波區(qū)域（76-81GHz）具有大致同等的性能，對于77-79GHz車載毫米波雷達(dá)應(yīng)用， CMOS 低頻區(qū)噪聲大的問題并不太突出。同時(shí)，全球CMOS 產(chǎn)業(yè)鏈已十分成熟，可大批量生產(chǎn)，基于CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)毫米波雷達(dá)關(guān)鍵器件，可使整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的成本顯著下降。