ADAS都這么熱門了，你還不了解毫米波雷達？

即便你還沒有聽過ADAS，自動駕駛你一定不會陌生。隨著谷歌、百度的自動駕駛汽車上路，許多人也對這項技術充滿期待。不過目前大部分汽車還處在ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）應用普及的階段，在這個階段中毫米波雷達就不得不提。

國際自動機工程師學會將智能駕駛的等級分為五個等級，目前我們正處于ADAS階段。ADAS（Advanced Driver AssistantSystem）的普及是未來無人駕駛實現(xiàn)的先行條件，是提高汽車主動安全性能的技術基礎。

ADAS系統(tǒng)分為環(huán)境感知、計算分析、控制執(zhí)行三大模塊。其中傳感器在環(huán)境感知模塊中具有重要的作用，多種傳感器融合應用是未來必然趨勢，毫米波雷達將率先成為ADAS系統(tǒng)主力傳感器。那么，毫米波雷達是什么？

毫米波雷達是什么？

通常將波長為1～10毫米的電磁波稱毫米波（millimeter wave ），它位于微波與遠紅外波相交疊的波長范圍，具有以下四個特點：

極寬的帶寬：通常認為毫米波頻率范圍為26.5～300GHz，帶寬高達273.5GHz。超過從直流到微波全部帶寬的10倍。即使考慮大氣吸收，在大氣中傳播時只能使用四個主要窗口，但這四個窗口的總帶寬也可達135GHz，為微波以下各波段帶寬之和的5 倍。這在頻率資源緊張的今天無疑極具吸引力。

•波束窄：在相同天線尺寸下毫米波的波束要比微波的波束窄得多。例如一個 12cm的天線，在9.4GHz時波束寬度為18度，而94GHz時波速寬度僅1.8度。因此可以分辨相距更近的小目標或者更為清晰地觀察目標的細節(jié)。

•與激光相比：毫米波的傳播受氣候的影響要小得多，可以認為具有全天候特性。

•和微波相比：毫米波元器件的尺寸要小得多。因此毫米波系統(tǒng)更容易小型化。

由于毫米波雷達相比厘米波雷達具有體積小、易集成和空間分辨率高的特點。早期被應用于軍事領域，隨著雷達技術的發(fā)展與進步，毫米波雷達傳感器開始應用于汽車電子、無人機、智能交通等多個領域。車載毫米波雷達工作的頻段為24GHz和77GHz，少數(shù)國家（如日本）采用60GHz頻段。

車載毫米波雷達的原理

根據(jù)輻射電磁波方式不同，毫米波雷達主要有脈沖體制以及連續(xù)波體制兩種工作體制。

調頻連續(xù)波雷達系統(tǒng)工作原理

車載毫米波雷達通過天線向外發(fā)射毫米波，接收目標反射信號，經(jīng)后方處理后快速準確地獲取汽車車身周圍的物理環(huán)境信息（如汽車與其他物體之間的相對距離、相對速度、角度、運動方向等），然后根據(jù)所探知的物體信息進行目標追蹤和識別分類，進而結合車身動態(tài)信息進行數(shù)據(jù)融合，最終通過中央處理單元（ECU）進行智能處理。經(jīng)合理決策后，以聲、光及觸覺等多種方式告知或警告駕駛員，或及時對汽車做出主動干預，從而保證駕駛過程的安全性和舒適性，減少事故發(fā)生幾率。

車載毫米波雷達的分類和作用

根據(jù)毫米波雷達的有效范圍，可以將車載毫米波雷達分為長距離雷達（LRR）和中距離雷達（MRR）以及短距離雷達（SRR）。

短距毫米波雷達的功能

長距毫米波雷達的功能

車載毫米波雷達核結構

MMIC芯片和天線PCB板是毫米波雷達的硬件核心，以FMCW汽車雷達系統(tǒng)為例，主要包括天線、收發(fā)模塊、信號處理模。

1）前端單片微波集成電路（MMIC）：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、甚至收發(fā)系統(tǒng)等功能。具有電路損耗小、噪聲低、頻帶寬、動態(tài)范圍大、功率大、附加效率高、抗電磁輻射能力強等特點。

毫米波雷達的關鍵部件前端單片微波集成電路（MMIC）技術由在國外半導體公司掌控，而高頻的MMIC只掌握在英飛凌、飛思卡爾等極少數(shù)國外芯片廠商手中。國內的MMIC仍處于起步狀態(tài)，廈門意行和南京米勒為正在研發(fā)雷達MMIC，相關性能仍有待驗證。

2）雷達天線高頻PCB板：毫米波雷達天線的主流方案是微帶陣列，簡單說將高頻PCB板集成在普通的PCB基板上實現(xiàn)天線的功能，需要在較小的集成空間中保持天線足夠的信號強度。77Ghz雷達更高規(guī)格的高頻PCB板，77GHz雷達的大范圍運用將帶來相應高頻PCB板的巨大需求。

相比于第2代LRR需要用幾個砷化鎵芯片生成、放大并檢測77GHz微波，Bosch第3代LRR極大簡化了雷達天線PCB板，僅使用1或2個英飛凌硅鍺芯片。

▲Bosch各代LRR雷達拆解圖和RF模組演進

（資料來源：Bosch、中國中投證券研究總部）

車載雷達前端MMIC芯片和結構圖

雷達天線高頻PCB板和結構圖

（資料來源：Infineon、Schweizer、中國中投證券研究總部）

車載毫米波雷達的應用

毫米波雷達目前主要應用于中高端車型，隨著大眾對汽車主動安全性能的認可度增加，ADAS相關產(chǎn)品將逐漸向低端車型普及。

完全實現(xiàn)ADAS各項功能一般需要“1長+4中短”5個毫米波雷達。目前全新奧迪A4采用5個毫米波雷達（1長+4短），奔馳的S級采用7個毫米波雷達（1長+6短）。

以自動跟車型（Stop Go）ACC功能為例，一般需要3個毫米波雷達。車正中間一個77GHz的LRR，探測距離在150-250米之間，角度為10度左右；車兩側各一個24GHz的MRR，角度都為30度，探測距離在50-70米之間。

AEB是最有實際意義的ADAS功能，未來會成為中高檔汽車的標配，需要1個77GHz LRR。

車載毫米波雷達技術發(fā)展趨勢

長期來看，最終車載毫米波雷達將會統(tǒng)一于77GHz頻段（76-81GHz），該頻段帶寬更大、功率水平更高、探測距離更遠；相比于24GHz，物體分辨準確度提高2-4倍，測速和測距精確度提高3-5倍，能檢測行人和自行車；且設備體積更小，更便于在車輛上安裝和部署。

77GHz頻率范圍是全球裝配永久認可的權威頻段，因此更適用于全球車輛平臺。其中76-77GHz主要用于長距離毫米波雷達，77-81GHz主要用于中短距離毫米波雷達。

未來79GHz頻段（77-81GHz）中短距離毫米波雷達會成為中距離MRR的主流，且有望全面替代24GHz短距離雷達，取代周期取決于各國工業(yè)水平、市場趨勢及政策力度。

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