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毫米波防撞雷达发展现状与行业趋势

导读: 汽车在向高级辅助驾驶、自动驾驶发展的过程中,自动/辅助驾驶功能将逐渐替代人的主动性,其中,最为重要的技术就是感知汽车周围环境的防撞系统。毫米波雷达具有测量精度高、结构简单、价格便宜等特性,适用于短距离精确测量,正大规模地应用于汽车防撞系统中。

汽车在向高级辅助驾驶、自动驾驶发展的过程中,自动/辅助驾驶功能将逐渐替代人的主动性,其中,最为重要的技术就是感知汽车周围环境的防撞系统。毫米波雷达具有测量精度高、结构简单、价格便宜等特性,适用于短距离精确测量,正大规模地应用于汽车防撞系统中。

1 汽车防撞系统技术方案

目前,汽车防撞系统技术方案包括毫米波雷达、激光雷达、红外线雷达、摄像头等。毫米波雷达受自然环境影响小,探测距离适中,在车载雷达领域性价比最高,但是难以识别行人、交通标志等;激光雷达测量精度较高,可用于实时建立空间三维地图,但是成本高昂,且在雨、雪、雾天效果较差;红外线雷达测量精度较高,技术成熟且成本较低,但是测量距离近(小于10m),极大地限制了其应用场景;摄像头成本低,能够对物体进行识别,是车道偏离预警、交通标志识别等功能必不可少的传感器,但具有依赖光线、在夜间和极端天气下会失效、难以精确测距等缺点。各类技术方案在测量距离、精准度和适应环境等方面各有优劣。当前各类辅助驾驶/无人驾驶解决方案中基本采用多传感器融合的解决方案,但无论哪种方案,毫米波防撞雷达都具有重要地位。

2 毫米波雷达发展现状

目前,毫米波雷达主要为24GHz和77GHz。

24GHz的雷达测量距离较短(5~30m),主要应用于汽车后方;77GHz的雷达测量距离较长(30~70m),主要应用于汽车前方和两侧。毫米波雷达主要包括雷达射频前端、信号处理系统、后端算法三部分。在现有的产品中,雷达后端算法的专利授权费用约占成本的50%,射频前端约占成本的40%,信号处理系统约占成本的10%。

2.1 射频前端

射频前端通过发射和接收毫米波,得到中频信号,从中提取距离、速度等信息。因此,射频前端直接决定了雷达系统的性能。当前毫米波雷达射频前端主要为平面集成电路,有混合微波集成电路(HMIC)和单片微波集成电路(MMIC)两种形式。其中,MMIC形式的射频前端成本低,成品率高,适合于大规模生产。在生产工艺上,一般采用的是外延MESFET、HEMT和HBT等器件工艺。其中,GaAs基的HEMT工艺最为成熟,具有优秀的噪声性能。

2.2 信号处理系统

信号处理系统也是雷达重要的组成部分,通过嵌入不同的信号处理算法,提取从射频前端采集得到的中频信号,获得特定类型的目标信息。信号处理系统一般以DSP为核心,实现复杂的数字信号处理算法,满足雷达的实时性需求。

2.3 后端算法

后端算法占整个毫米波雷达成本的比例最高。针对毫米波雷达,国内研究人员从频域、时域、时频分析多个角度提出了大量的算法,离线实验的精度也较高。但是,国内的雷达产品主要采用基于频域的快速傅里叶变换及其改进算法进行分析,测量精度和适用范围有一定局限性而国外算法受专利严格保护,价格非常昂贵。

3 毫米波雷达行业趋势

毫米波雷达技术上的发展趋势是模块化和精确化,同时降低了成本,方便大规模装配到汽车中。在雷达射频前端,SiGe基工艺替代了GaAs基工艺,可以使射频前端在保证带宽的同时体积更小 。在信号处理系统方面,也出现了MCU+DSP,FPGA+DSP双核架构,可以满足更高要求的信号处理需求。在毫米波雷达市场中,截至2016年,世界前三大厂商博世(占市场份额22%) 、大陆(占市场份额22%)和海拉(占市场份额13%)占据了全球一半以上的市场份额。中国市场中毫米波雷达全部依赖进口,还没有自主雷达产品,但国内厂商,比如华域汽车、森思泰克、杭州智波等已完成了24GHz雷达的实验室开发,除了基本的测距、测速功能外,还能够实现盲点侦测、车道切换辅助等功能,解决了产品形态的国产化问题,相应的产品预计在2017年年底出现。

4 结束语

毫米波防撞雷达凭借其均衡的性能成为汽车防撞的主要解决方案。目前,毫米波防撞雷达主要安装在美系、德系高端汽车中。但在未来,毫米波防撞雷达必将是国内外厂商的基本车型上必不可少的传感器。我国在毫米波防撞雷达的研制上仍处于追赶学习阶段,但是研发的进展非常迅速。随着更多的企业进入到毫米波雷达的领域中,预计在不久的将来,国内厂商的技术水平将达到国际领先。

作者:王斯盾

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