軍工科技導(dǎo)入汽車，數(shù)字汽車雷達優(yōu)勢何在？

DCM波形在許多方面與CDMA相似，后者過去20年中已用于蜂窩系統(tǒng)，并已在軍事系統(tǒng)使用了40多年。類似的數(shù)字雷達技術(shù)現(xiàn)在可供汽車雷達設(shè)計師使用，使車輛更安全，并能夠應(yīng)對增強自動駕駛的挑戰(zhàn)。

2020年11月，成立于2015年的美國初創(chuàng)公司Uhnder完成C輪融資，共募集1.45億美元，擬將其數(shù)字編碼調(diào)制（DCM）雷達芯片用在包括汽車在內(nèi)的關(guān)鍵市場。相比目前的模擬雷達，Uhnder的數(shù)字4D軟件定義成像雷達可提供更高的性能。

Uhnder聯(lián)合創(chuàng)始人Curtis Davis（左）和Manju Hegde

Uhnder的技術(shù)何德何能，被譽為“汽車市場第一個數(shù)字成像、單芯片雷達解決方案”，到底好在哪里？大多數(shù)人還不甚了了，我們將其與傳統(tǒng)雷達做個比較。

供應(yīng)鏈三方合作

早在2018年，Uhnder的第一個客戶麥格納（Magna）就在使用其數(shù)字片上雷達（RoC）的優(yōu)勢部署下一代汽車級傳感器，研發(fā)4D掃描駕駛環(huán)境的高清雷達。

今年1月，麥格納宣布美國電動汽車制造商菲斯克（Fisker）的Ocean SUV高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）將搭載其采用Uhnder技術(shù)的Icon Radar，預(yù)計該車將于2022年底推出。

菲斯克Ocean SUV

菲斯克是當(dāng)年與特斯拉齊名、被稱為“特斯拉真正一生之?dāng)场?、?jīng)歷破產(chǎn)重生的電動汽車斗士Henrik Fisker的公司。最近其卷土重來，信息不少，如知難而退放棄了2018年之前就在研發(fā)的固態(tài)電池；首款量產(chǎn)車型Ocean由麥格納代工生產(chǎn)，將于2022年第四季度上市；第二款車型將與富士康共同開發(fā)，覆蓋亞洲市場。

這里主要聊聊為菲斯克注入了新的科技元素的數(shù)字汽車雷達。

傳統(tǒng)雷達是怎樣工作的？

雷達系統(tǒng)發(fā)射一個信號，并接收被反射的環(huán)境物體或目標(biāo)的信號，然后對反射信號和發(fā)射信號的特性進行比較。單發(fā)射機單接收機雷達系統(tǒng)（單輸入、單輸出或SISO）可以估計環(huán)境中目標(biāo)的距離和速度。

雷達工作原理

SISO雷達系統(tǒng)也可以估計物體的角度（方位角、仰角或兩者兼有），但必須采用機械或電子掃描。由于需要額外的掃描，快速運動物體的角度估計不是很準(zhǔn)確。

多個發(fā)射和接收天線的雷達系統(tǒng)被稱為多輸入多輸出（MIMO）雷達系統(tǒng)，它包括兩個發(fā)射天線和三個接收天線。每個接收機需要知道來自Tx1和Tx2的信號的定時。因此，雷達系統(tǒng)創(chuàng)建了6個虛擬接收機系統(tǒng)（即2（Tx）x 3（Rx）=6個虛擬接收機）。

多發(fā)射接收天線雷達系統(tǒng)

MIMO雷達系統(tǒng)可以估計環(huán)境中物體的角度。一般來說，更多的天線（虛擬接收機）使得雷達系統(tǒng)的設(shè)計具有更寬的孔徑，從而具有更高的角度分辨率。雷達系統(tǒng)可直接測量被測物體的距離、徑向速度和方向。方向可以是方位角、仰角或兩者兼有，從而實現(xiàn)距離估計、速度估計和角度估計。

傳統(tǒng)上，在任何測量維度（距離、速度和角度），上述分辨率的雷達性能都是基于目標(biāo)相同反射率或雷達散射截面（RCS）。然而，在汽車應(yīng)用中，這個定義雖然非常重要，但還不夠。在這種應(yīng)用中，雷達分辨距離大目標(biāo)很近的小目標(biāo)的能力也很重要，特別是其距離（如卡車前面的小孩）和角度（如護欄旁的行人）。因此，新方法引入了一種稱為“高對比度分辨率（HCR）”的概念，這對于確定雷達在駕駛中支持高水平自動化的程度至關(guān)重要。HCR代表雷達的接近程度，可以解析兩個目標(biāo)的RCS在任何測量維度上的給定差異。

HCR有助于區(qū)分靠近大目標(biāo)的小目標(biāo)

駕駛自動化與雷達息息相關(guān)

今天，越來越多的汽車裝上各種雷達系統(tǒng)，如遠程雷達（LRR）、中程雷達（MRR）或短程雷達（SRR）。

LRR通常用于相當(dāng)窄的角度區(qū)域內(nèi)檢測遠距離（例如，高達300米）的物體，有助于緊急制動、碰撞警告和自適應(yīng)巡航控制。

MRR具有更寬的視野，通?？梢詸z測150米以內(nèi)的物體，并可以檢測十字路口（橫向）接近的物體，可以用于十字路口交通警報功能。

SRR可以在短距離內(nèi)檢測寬角度區(qū)域內(nèi)的物體，通常用于泊車輔助、十字路口交通警報、行人/自行車檢測、追尾警告和車道變換輔助。

為了確保更安全的駕駛以及自動駕駛（AD），一輛車可能包含多個LRR、MRR和SRR。一般來說，駕駛自動化水平越高，所需的傳感器數(shù)量就越多。

汽車中多個遠程、中程和短程雷達

為了提高現(xiàn)有汽車ADAS的性能和可靠性，克服向全自動駕駛（L5）發(fā)展的挑戰(zhàn)，汽車雷達系統(tǒng)需要提供更高的方位角和仰角分辨率，以及更好的精度和分辨力。這些先進的雷達能力是解決各種場景用例所必需的，這些用例對傳統(tǒng)雷達來說是具有挑戰(zhàn)性的。

如果沒有更高的分辨率、精度和更好的識別能力，雷達系統(tǒng)可能很難識別高速公路上的開闊車道、隧道入口處或橋下的熄火汽車、道路上的小碎片或汽車旁邊的騎車人。

重要雷達用例

A.

數(shù)字雷達探測到一條開闊的車道，而其他雷達可能看到一堵3輛車寬的“墻”

B.

以高速行駛時，在安全制動距離下，數(shù)字雷達可探測到隧道和隧道中拋錨的汽車

C.

數(shù)字雷達可以發(fā)現(xiàn)輪胎或磚塊，早到足以改變車道或剎車，即使是以高速公路的速度

D.

數(shù)字雷達能探測到大物體旁邊的小物體，比如汽車旁邊的騎自行車的人。

此外，雷達必須對道路上的其他雷達提供更強大的抗干擾機制，特別是隨著越來越多地部署更高水平的自動化，汽車配備的雷達越來越多。雷達是一種特別容易受到自干擾（來自同一輛車上其他雷達的干擾）或交叉干擾（來自其他車上雷達的干擾）的技術(shù)。這種干擾敏感性是雷達廣泛部署的一個重要限制。

迄今為止，汽車上最常用的雷達技術(shù)是調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達，其最新版本稱為快速啁啾（chirp）調(diào)制（FCM）。另一種雷達類型是采用DCM的數(shù)字調(diào)制雷達（DMR）。

軍轉(zhuǎn)民技術(shù)性能沒的說

Uhnder引入汽車應(yīng)用的DCM雷達來源于軍事應(yīng)用，這一美國軍方技術(shù)具有環(huán)境探測精準(zhǔn)、探測范圍廣和彈性高的特點。此前由于價格過高，一直沒有進入汽車等大容量應(yīng)用場合。

從模擬到數(shù)字的根本轉(zhuǎn)變已改變了一些行業(yè)應(yīng)用，如廣播、電視、視頻和蜂窩通信。數(shù)據(jù)可以很容易地存儲和回放，實現(xiàn)先進的信號處理算法，現(xiàn)在，數(shù)字處理的多種優(yōu)勢正在進入汽車應(yīng)用，可以提供：

具有保真度的可重復(fù)性

可預(yù)測性

改進的動態(tài)范圍

糾正模擬損傷，進一步簡化模擬設(shè)計，從而實現(xiàn)更寬的動態(tài)范圍

過去，數(shù)字處理量越大，功耗也越大。隨著通信和計算行業(yè)的進步，如先進信號處理、先進CMOS技術(shù)和低功耗高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使得設(shè)計符合汽車行業(yè)日益增長需求的低成本高效的DCM雷達系統(tǒng)成為可能。轉(zhuǎn)折點已經(jīng)出現(xiàn)，DCM技術(shù)有望填補自動駕駛汽車從L3到L5之間的技術(shù)空白，最終實現(xiàn)可靠的全自動駕駛。

DCM波形在許多方面與CDMA相似，后者過去20年中已用于蜂窩系統(tǒng)，并已在軍事系統(tǒng)使用了40多年。類似的數(shù)字雷達技術(shù)現(xiàn)在可供汽車雷達設(shè)計師使用，使車輛更安全，并能夠應(yīng)對增強自動駕駛的挑戰(zhàn)。

自動駕駛車輛產(chǎn)業(yè)，這一進展非同小可。Uhnder的全數(shù)字4D軟件定義成像雷達技術(shù)可增強分辨率和偵測能力，提升人員、道路與城市的安全性。用DCM取代傳統(tǒng)的模擬頻率調(diào)制的突破性架構(gòu)實現(xiàn)了無與倫比的角分辨率和抗干擾性，還可以實現(xiàn)HCR，解析出傳統(tǒng)雷達傳感器在過去偵測不到的并列物體。這將推動汽車雷達過渡到DMR。