毫米波雷達(dá)如何工作?洞悉毫米波雷達(dá)發(fā)展趨勢(shì)

隨著毫米波的應(yīng)用，諸如毫米波通信、毫米波雷達(dá)燈，毫米波的名氣越來(lái)越大。對(duì)于毫米波，我們不再一無(wú)所知，已然可將毫米波準(zhǔn)確應(yīng)用于生活當(dāng)中。本文中，小編將對(duì)毫米波雷達(dá)的工作原理，以及毫米波雷達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)加以。如果你對(duì)本文即將探討的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

1.毫米波雷達(dá)

作為ADAS不可或缺的核心傳感器類型，毫米波雷達(dá)在汽車領(lǐng)域其實(shí)已經(jīng)有多年應(yīng)用。汽車引入毫米波雷達(dá)最初主要是為了實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)和定距巡航，而隨著技術(shù)的發(fā)展這兩個(gè)特性也漸漸從高端車專用普及到了幾乎所有車型。毫米波實(shí)質(zhì)上就是電磁波。毫米波的頻段比較特殊，其頻率高于無(wú)線電，低于可見(jiàn)光和紅外線，頻率大致范圍是10GHZ-200GHZ。

測(cè)距原理跟一般雷達(dá)一樣，即把無(wú)線電波發(fā)出去，然后接收回波，利用障礙物反射波的時(shí)間差確定障礙物距離，利用反射波的頻率偏移確定相對(duì)速度。

2.為什么毫米波雷達(dá)沒(méi)有被拋棄

首先就是大家都知道的天氣原因，激光的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于毫米波雷達(dá)，所以霧霾，雨雪等極端天氣導(dǎo)致激光雷達(dá)性能會(huì)大打折扣，由于毫米波導(dǎo)引頭穿透霧，煙，灰塵的能力強(qiáng)，所以相比于激光雷達(dá)是一大優(yōu)勢(shì)。相比起激光雷達(dá)，毫米波雷達(dá)的探測(cè)距離可以輕松超過(guò)200米，而激光雷達(dá)一般不到150米。在高速行駛的場(chǎng)景里，毫米波雷達(dá)更適合。

其次，由于激光雷達(dá)在收發(fā)器和組裝工藝要求高，所以成本比較難降下來(lái)。而毫米波雷達(dá)因?yàn)樗枪杌男酒?，沒(méi)有特別昂貴和復(fù)雜的工藝，所以毫米波雷達(dá)成本更具優(yōu)勢(shì)。毫米波雷達(dá)目前的價(jià)格大概在1.5千左右，而激光雷達(dá)的價(jià)格目前仍然是以萬(wàn)作為單位計(jì)算的。并且由于激光雷達(dá)獲取的數(shù)據(jù)量遠(yuǎn)超毫米波雷達(dá)，所以需要更高性能的處理器處理數(shù)據(jù)，更高性能的處理器同時(shí)也意味著更高的價(jià)格。所以對(duì)于工程師而言，在簡(jiǎn)單場(chǎng)景中，毫米波雷達(dá)仍然是最優(yōu)選擇。

3.毫米波雷達(dá)芯片發(fā)展趨勢(shì)

目前汽車領(lǐng)域的毫米波雷達(dá)主要基于FMCW技術(shù)，即發(fā)射出調(diào)頻毫米波信號(hào)，并根據(jù)首發(fā)毫米波之間的頻率差來(lái)確定目標(biāo)的位置以及相對(duì)速度。FMCW雷達(dá)關(guān)注的指標(biāo)主要是目標(biāo)區(qū)分度和測(cè)量分辨率，其中目標(biāo)區(qū)分度指的是雷達(dá)能分辨的兩個(gè)物體之間的最小距離(如果兩個(gè)物體之間的距離小于該最小距離則會(huì)被雷達(dá)認(rèn)為是一個(gè)物體)，而測(cè)量分辨率則是絕對(duì)距離的測(cè)量精確度。

我們看到的毫米波雷達(dá)的第一個(gè)趨勢(shì)就是從24GHz頻段演進(jìn)到77GHz頻段。目前，比較常見(jiàn)的車載領(lǐng)域的毫米波雷達(dá)頻段有三類，分別是：

24GHz

24GHz這個(gè)頻段，目前大量應(yīng)用于汽車的盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)、變道輔助。雷達(dá)安裝在車輛的后保險(xiǎn)杠內(nèi)，用于監(jiān)測(cè)車輛后方兩側(cè)的車道是否有車、可否進(jìn)行變道。

77GHz

77GHz這個(gè)頻段的頻率比較高，國(guó)際上允許的帶寬高達(dá)800MHz。這個(gè)頻段的雷達(dá)性能要好于24GHz的雷達(dá)，所以主要用來(lái)裝配在車輛的前保險(xiǎn)杠上，探測(cè)與前車的距離以及前車的速度，實(shí)現(xiàn)的主要是緊急制動(dòng)、自動(dòng)跟車等主動(dòng)安全領(lǐng)域的功能。

79GHz

最后是79GHz，這個(gè)頻段最大的特點(diǎn)就是其帶寬非常寬，要比77GHz的高出3倍以上，這也使其具備非常高的分辨率，可以達(dá)到5cm。這個(gè)分辨率在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域非常有價(jià)值，因?yàn)樽詣?dòng)駕駛汽車要區(qū)分行人等諸多精細(xì)物體，對(duì)帶寬的要求很高，這個(gè)頻段在未來(lái)的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域會(huì)有很廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)美國(guó)FCC和歐洲ESTI的規(guī)劃，24GHz的寬頻段(21.65-26.65GHz)將在2022年過(guò)期，在之后汽車在24GHz能用的僅剩下24.05-24.25GHz范圍的窄帶頻譜。反之，在77GHz頻段，汽車?yán)走_(dá)將能使用77-81GHz高達(dá)4GHz的帶寬。對(duì)于FMCW雷達(dá)來(lái)說(shuō)，頻率掃描帶寬決定了目標(biāo)區(qū)分度和測(cè)量分辨率，因此77GHz的FMCW雷達(dá)對(duì)于24GHz來(lái)說(shuō)目標(biāo)區(qū)分度和測(cè)量分辨率都有十多倍的提升。

第二個(gè)毫米波雷達(dá)芯片的重要趨勢(shì)是CMOS工藝成為主流。毫米波電路傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)工藝是GaAs等III-V族工藝，但是III-V族工藝的成本過(guò)高，同時(shí)集成度低無(wú)法在芯片上集成數(shù)字模塊，因此SiGe這樣的工藝得到了不少應(yīng)用。而隨著CMOS工藝的特征尺寸不斷縮小，在28nm節(jié)點(diǎn)之后CMOS工藝已經(jīng)能基本勝任毫米波雷達(dá)的波段，因此毫米波雷達(dá)也就自然而然轉(zhuǎn)向CMOS工藝。

第三個(gè)重要方向是毫米波雷達(dá)也在走向高分辨率。這里的分辨率不僅僅是目標(biāo)測(cè)距的分辨率，更是指毫米波雷達(dá)的空間分辨率。盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)等傳統(tǒng)汽車毫米波雷達(dá)應(yīng)用只需要雷達(dá)監(jiān)測(cè)在視野的一定距離中是否有物體即可，至于該物體是位于視野中的哪一個(gè)位置則并不關(guān)心。

自動(dòng)駕駛是大勢(shì)所趨，而激光雷達(dá)作為核心的部件，降低成本勢(shì)在必行，毫米波雷達(dá)從最早的十萬(wàn)美元，降低到如今的100美元左右也用了十多年的時(shí)間。

激光雷達(dá)目前還有一個(gè)非常重要的技術(shù)是固態(tài)激光雷達(dá)，它實(shí)際上與傳統(tǒng)雷達(dá)、毫米波雷達(dá)是一脈相承的，固態(tài)激光雷達(dá)實(shí)質(zhì)上就是調(diào)整每個(gè)發(fā)射和接收單元的相位，毫米波雷達(dá)也是同樣的原理，只不過(guò)毫米波雷達(dá)是對(duì)電磁波進(jìn)行操作，器件的實(shí)現(xiàn)難度要比對(duì)光的頻段上進(jìn)行相位的改變的難度低很多。未來(lái)，固態(tài)激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)相結(jié)合或許是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

總結(jié)：毫米波雷達(dá)是很難被取代的傳感器，雖有不足之處，但全天候的工作狀態(tài)是最大優(yōu)勢(shì)。其測(cè)速、測(cè)距的精度要遠(yuǎn)高于視覺(jué)傳感器，與激光雷達(dá)相比，穿透力會(huì)更好。但是整體來(lái)講，這并不沖突，因?yàn)槲磥?lái)會(huì)走向融合的趨勢(shì)，特別是針對(duì)自動(dòng)駕駛駕駛，毋庸置疑三大傳感器會(huì)相互融合。

以上便是此次小編帶來(lái)的“毫米波”相關(guān)內(nèi)容，通過(guò)本文，希望大家對(duì)毫米波雷達(dá)以及其發(fā)展趨勢(shì)具備一定的認(rèn)知。如果你喜歡本文，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，小編將于后期帶來(lái)更多精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!