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浅谈毫米波雷达系统及技术发展

导读: 随着ADAS普及率的提升,要能够全方位覆盖汽车周围环境的感测,一辆汽车会装载“长+中+短”多颗毫米波雷达,到了最终L5级自动驾驶阶段甚至超过10颗,预计2021年全球毫米波雷达的出货量将达到8400万个。

在上一篇《毫米波雷达在ADAS中的应用》中,麦姆斯咨询提到随着ADAS普及率的提升,要能够全方位覆盖汽车周围环境的感测,一辆汽车会装载“长+中+短”多颗毫米波雷达,到了最终L5级自动驾驶阶段甚至超过10颗,预计2021年全球毫米波雷达的出货量将达到8400万个。这是一个可预见的庞大市场,所以无论是传统的汽车Tier 1厂商,还是新兴的初创企业,都纷纷加入到汽车雷达产业中来,希望能分一杯羹!

不过现实的竞争又是很残忍的。首先,汽车的空间容量有限,特别是现在汽车主流是向轻便、节能方向发展,别说增加零部件了;其次,精明的消费者只接受加量不加价,性能提高了,价格还得降低。所以,能不能抢到市场先机,摆在各家毫米波雷达厂商面前的主要问题是如何实现“更小巧、更便宜、更智能”的毫米波雷达!带着这些疑问,今天我们来了解一下车载毫米波雷达系统及其核心元器件,探一探毫米波雷达技术的发展趋势。

毫米波雷达系统基本结构

在《认识毫米波雷达》文章中,我们知道了毫米波雷达是基于多普勒原理,根据回波和发射波之间的时间差和频率差来实现对目标物体距离、速度以及方位的测量。根据辐射电磁波方式不同,毫米波雷达主要有脉冲和连续波两种工作方式(图1)。其中连续波又可以分为FSK(频移键控)、PSK(相移键控)、CW(恒频连续波)、FMCW(调频连续波)等方式。

浅谈毫米波雷达系统及技术发展

图1 毫米波雷达工作方式

FMCW雷达具有可同时测量多个目标、分辨率较高、信号处理复杂度低、成本低廉、技术成熟等优点,成为目前最常用的车载毫米波雷达,德尔福(Delphi)、电装(Denso)、博世(Bosch)等Tier 1供应商均采用FMCW调制方式。

以FMCW为例(图2),毫米波雷达系统主要包括天线、前端收发组件、数字信号处理器(DSP)和控制电路,其中天线和前端收发组件是毫米波雷达的最核心的硬件部分。以下将分别详细介绍。

浅谈毫米波雷达系统及技术发展

图2 FMCW雷达系统

天线

天线作为毫米波发射和接收的重要部件,是汽车毫米波雷达有效工作的关键设计之一,同时也影响到毫米波雷达能否赢得市场芳心。如果你路过雷达基站,一定对其庞大的机械扫描天线印象深刻(图3),显然这些天线对于外观和体积要求苛刻的汽车是不适合的。那么毫米波雷达的天线要如何设计?首先,天线的生产要能够大批量且低成本。其次,天线的设计要便于安装在车的头部。同时,天线必须被集成在车内而不能影响汽车的外观。

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图3 不同尺寸与性状的的雷达天线

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