智能汽车中毫米波雷达的应用

    在过去的 20 年里，毫米波雷达作为汽车传感器已经在技术方案中站稳了脚跟。当毫米波雷达次出现在市场上时，是作为一种豪华车的配置（和现在的红外夜视相似）。而如今，随着毫米波雷达和关键的辅助驾驶安全功能捆绑，它也成为汽车主动安全的代名词。随着汽车行业往智能化方向发展，雷达相对于其他传感器类型的优势使它向更广泛的应用领域进发。

    ▲图1. 智能汽车中毫米波雷达的作用

    半导体公司基于CMOS的单芯片解决方案的量产正在加速毫米波雷达的部署，单芯片一方面降低了整个77Ghz雷达的研发难度，另一方面使得产品的合格率与成本都发生很大变化。单芯片的高度集成使得目标位置，速度等信息都能进行多传感器的融合判断，这也加速了毫米波雷达在汽车和工业领域的使用。

    其77G 4D雷达可以做到火柴盒大小，是传统毫米波雷达（ABCD Autoliv、Bosch、Continental、Delphi）的一半大小。长距雷达测距能达到250米，角度分辨率小于3度，行人和自行车检测性能突出。量产价格可以让传统毫米波雷达做到价格更低。

    ▲图2. 毫米波雷达模组的进化，使得更多的玩家进入这个领域

    自动驾驶使用的毫米波雷达毫米波雷达的工作波段一般为30GHz-300GHz，波长介于微波和厘米波（1mm-10mm）之间，目前成熟商用的车载毫米波雷达包括24GHz（MRR，短中距离雷达）和77GHz（LRR，长距离雷达)，后者体积小、功耗低、带宽高、分辨率好、探测距离远。

    24GHz MRR探测距离在70米以内，适用于盲点监测（BSD）、变道辅助、、自动紧急刹车（AEB）等场景，2021年12月工信部的《汽车雷达无线电管理暂行规定》 “为推动汽车智能化技术应用和产业发展，将76GHz-79GHz频段规划用于汽车雷达”。从2022年3月1日正式实施起“将不再受理和审批24.25GHz-26.65GHz频段汽车雷达的无线电发射设备型号核准申请”。

    77GHz LRR探测距离为数百米，主要应用于自适应巡航、自动紧急刹车、前向碰撞预警（FCW）等场景。随着自动辅助驾驶往高阶进化，自动驾驶感知系统对感知的准确性和可靠性提出高要求的同时，也对传感器提出了“全天候工作”“探测距离更远” “感知信息维度更多/更精准”的要求。很多车企开始配置5个毫米波雷达，未来可能会配置8个毫米波雷达，很多感知方案使用摄像头和毫米波雷达做数据融合，从传统的后融合、结果融合，到混合式融合、前融合。随着毫米波雷达成本的降低，还有行车和泊车领域的融合，在泊车领域毫米波起到的作用比传统的超声波传感器更大。

    主要有以下几个优势：

    (1）探测范围更长通过感应更远距离的物体，可以检测到停车区附近的更多物体。以TI 的 AWR1843AOP 为例，可以检测远至 50 m 的物体。

    (2）检测物体更为传统超声波传感器的近检测距离约为10-15 厘米，AWR1843AOP可以检测距离近 4 厘米的物体，可帮助泊车系统在狭窄、紧凑的停车位上使用，同时可以检测靠近车辆的路缘石来提高泊车的成功率。图4 显示了毫米波雷达区分几种不同大小和材料（包括木材、金属和塑料）的类型物体的能力，在实验的场景下包括塑料路锥、手推车、木桩和金属桩。

    (3）视野覆盖范围更广相比超声波传感器（通常多达 12 个），毫米波雷达的视野覆盖范围更广，可和视觉一起实现 360 度覆盖能力。AWR1843AOP 的 140 度垂直视野能够检测低处物体，例如路牙子的石头、宠物和停车场里面的各种奇奇怪怪的东西。宽视场和高范围分辨率，可以同时检测和区分多个静态对象。

    ▲图3. 在泊车系统中的毫米波雷达、

    ▲图4. 毫米波雷达检测停车场中的各种物体

    座舱毫米波检测座舱的技术中，现在比较流行手势检测——这是提供一种新的交互方式，挥一挥手即可控制车内温度、照明、窗户、智能座舱系统等。实现这种方案可以使用飞行时间传感器 (ToF) 或摄像头，在这方面座舱里面也可以使用毫米波雷达作为多功能传感器，实现手势控制和车内感应。

    能检测多种手势，例如挥手（从左到右、从右到左、从上到下、从下到上），TI 的 AWR6843AOP毫米波传感器可实现高精度手势检测，可灵活放置在车辆中的任何位置（顶部控制台或座舱仪表）。

    ▲图5. 座舱里面毫米波雷达

    使用毫米波传感器的特点，是可以在不同的光线条件下运行（在阳光直射下，摄像头容易误报），通过3D 点云信息为系统提供数据参数（如在车内的距离、角度和速度）。多模式功能全部集于一个芯片上 ，TI 的智能集成毫米波芯片可在一个器件上提供多种功能，这种类似于让毫米波雷达具备独立的功能，和整个智能座舱搭配一起使用。

    当汽车处在停放状态，汽车主要系统下电后，毫米波传感器可以处于低功耗状态，提供车内儿童或入侵检测。当汽车处在正常状态时，传感器可以进行手势检测。这样做的好处，主要是简化座舱内传感器的配置，可以实现灵活的车内布置（宽视野以及毫米波穿透材料感应的能力）。

    根据应用的不同，可以将传感器集成到仪表板、顶部控制台，甚至第二排或第三排座位中，实现更加个性化的应用（例如照明、娱乐屏幕或乘客对温度或音频的调节）。 小结：毫米波雷达早从军事用途逐步往外走，实际上作为一种非接触式传感技术，毫米波雷达传感器具有感测精准、不易被干扰等优点，现已广泛应用于汽车驾驶辅助系统和自动驾驶领域。随着工业和消费领域自动化需求的提升和发展，毫米波雷达的应用范围正超出车载领域，逐渐向智慧城市、楼宇自动化、健康监护等行业扩展。特别是单片化毫米波雷达模组的出现，使得毫米波雷达芯片半导体企业在推动全产业链的推进。