毫米波雷達(dá)如何工作?洞悉毫米波雷達(dá)發(fā)展趨勢

隨著毫米波的應(yīng)用，諸如毫米波通信、毫米波雷達(dá)燈，毫米波的名氣越來越大。對(duì)于毫米波，我們不再一無所知，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，其頻率高于無線電，低于可見光和紅外線，頻率大致范圍是10GHZ-200GHZ。

測距原理跟一般雷達(dá)一樣，即把無線電波發(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)沒有被拋棄

首先就是大家都知道的天氣原因，激光的波長遠(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。相比起激光雷達(dá)，毫米波雷達(dá)的探測距離可以輕松超過200米，而激光雷達(dá)一般不到150米。在高速行駛的場景里，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。而毫米波雷達(dá)因?yàn)樗枪杌男酒?，沒有特別昂貴和復(fù)雜的工藝，所以毫米波雷達(dá)成本更具優(yōu)勢。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，在簡單場景中，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

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)，而測量分辨率則是絕對(duì)距離的測量精確度。

我們看到的毫米波雷達(dá)的第一個(gè)趨勢就是從24GHz頻段演進(jìn)到77GHz頻段。目前，比較常見的車載領(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、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)，所以主要用來裝配在車輛的前保險(xiǎn)杠上，探測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)頻段在未來的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域會(huì)有很廣泛的應(yīng)用。

根據(jù)美國FCC和歐洲ESTI的規(guī)劃，24GHz的寬頻段(21.65-26.65GHz)將在2022年過期，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)來說，頻率掃描帶寬決定了目標(biāo)區(qū)分度和測量分辨率，因此77GHz的FMCW雷達(dá)對(duì)于24GHz來說目標(biāo)區(qū)分度和測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族工藝的成本過高，同時(shí)集成度低無法在芯片上集成數(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)測等傳統(tǒng)汽車毫米波雷達(dá)應(yīng)用只需要雷達(dá)監(jiān)測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)駕駛是大勢所趨，而激光雷達(dá)作為核心的部件，降低成本勢在必行，毫米波雷達(dá)從最早的十萬美元，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，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。其測速、測距的精度要遠(yuǎn)高于視覺傳感器，與激光雷達(dá)相比，穿透力會(huì)更好。但是整體來講，這并不沖突，因?yàn)槲磥頃?huì)走向融合的趨勢，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。

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