为什么我们需要雷达？-浅谈汽车雷达

通信和传感技术改变了汽车行业。汽车越来越多地包含与环境交互的功能和系统，了解周围空间，相互之间以及与基础设施联网，并检测可能的危险源。我们可以认为车辆已经获得了自己的“感觉”，它们知道自己在哪里，现在可以看到、听到和感觉到周围发生的事情。

汽车传感器是改善道路交通安全和达到 4 级和 5 级自动驾驶的关键。先进传感器技术的使用将允许通过警告信号和自动安全功能来预防事故，从而实现 Vision 0 目标：到 2050 年交通事故死亡人数为零。从这个意义上说，欧洲议会于 2019 年批准了一项制定安全功能的法律例如，自 2022 年 5 月起所有新车必须配备智能速度辅助系统、先进的紧急制动系统和车道保持系统，自 2024 年 5 月起现有车型必须配备此类系统。

此外，购买汽车时，安全措施也变得越来越重要。因此，自 2020 年起，欧洲新车评估计划 (Euro NCAP) 将紧急制动系统纳入评估范围。这迫使该行业加大力度，在车辆中加入新的检测功能。

适用于 ADAS/AS 的汽车传感器

有不同的选项可用于感测车辆周围的环境。然而，为了实现完全自动驾驶，需要结合不同的传感技术，才能提供完整的 360° 检测。整个系统可以被视为汽车的“感官”，提供与周围环境互动的手段并创造一个安全“茧”。每种技术都有其优点和缺点，如下表 1 所列，因此完全自动驾驶需要不同来源的组合，如图 2 所示。

表 1. 汽车应用中不同传感器技术的优缺点

汽车雷达

雷达是一项众所周知的技术，它依靠发送和接收电磁波来测量、检测和定位环境中的障碍物。雷达特别适合汽车应用，因为汽车是电磁波的良好反射体，因此可以准确确定其距离、位置和速度。

在汽车环境中，调频连续波 (FMCW) 雷达根据应用用于不同的频段。雷达的基本拓扑如图 3 所示。它包括一个或多个雷达单片微波集成电路 (MMIC) 收发器，连接到高性能处理单元（MCU 或 SoC）。芯片的拓扑和数量将取决于雷达模块在车辆上的位置及其必须覆盖的应用，也如图 4 所示。

国际电信联盟 (ITU) 根据汽车雷达系统的功能定义了两类：

l  第 一类：包括为驾驶员提供舒适功能的雷达系统，使驾驶更加无压力。该类别包括自适应巡航控制 (ACC) 和防撞 (CA) 雷达，测量范围可达 250 米。

l  第 2 类：它定义了用于高分辨率应用的传感器，这些传感器增加了车辆的被动和主动安全性，例如盲点检测、变道辅助和后方交通交叉口警报以及附近行人和自行车的检测一辆车。该范围低于 1 类，最 大范围为 50m 至 100m，具体取决于应用。这些系统的目的是通过提高车辆的被动和主动安全性来提高交通安全。

雷达的类型还可以根据测量范围进行分类（图5）：

l  短距离雷达（SRR），具有大视场、高分辨率，射程可达50m。

l  中程雷达（MRR），具有中等视场，范围可达100m，

l  远程雷达 (LRR) 不需要高分辨率或宽视场，但目标是尽可能高的距离，可达 250m。

为了提供360°的覆盖，需要在汽车上放置不同功能的不同雷达传感器，如图6所示。必须将获得的数据组合起来才能获得周围环境的实时准确信息。

雷达传感器可以轻松安装在汽车的常见元件（例如保险杠或公司标志）后面，这样它们就看不见并且不影响美观。随着工作频率的提高，这种集成变得更加容易，因为决定模块尺寸的天线尺寸与波长成线性正比，因此与工作频率成反比。汽车雷达系统曾经使用四个主要频段，两个在 K 频段（24GHz 左右），两个在 E 频段（76GHz 到 81GHz 之间），如图 7 所示。

然而，由于对射电天文学和地球探测应用的干扰，24GHz 频段将被终止。作为替代方案，76GHz至81GHz频段已被大多数国家接受为汽车雷达频段。其中，1GHz 带宽预留给 LRR（76GHz 至 77GHz），而 4GHz 带宽可用于需要更高分辨率的应用，如表 2 所示。

表 2. 根据 ITU 建议书 ITU-R M.2057-0，76GHz 至 81GHz 频段内的典型汽车雷达特性

雷达市场

新车中新的安全性和舒适性功能的集成导致了雷达市场的激增。汽车是该市场增长最快的部分，预计到 2025 年将超过 100 亿美元，如图 8 所示。

如果仅考虑雷达 MMIC 收发器，市场预测将超过 12 亿美元，GaAs 技术几乎消失，CMOS 快速增长，到 2025 年将成为主导技术。

结论

雷达模块已成为现代车辆的标准配置。虽然它们在距离分辨率方面相对于其他技术有一些缺点，但其可靠性和多功能性使其成为现代 ADAS/AD 系统中不可替代的部分。从 76GHz 到 81GHz 向更高频率的转变带来了新的技术挑战，但也使其成为半导体领域新发展的一个令人兴奋的领域。