在汽車主動安全領(lǐng)域，汽車微波/毫米波雷達傳感器因為能夠全天候工作，不受光線、霧霾、沙塵暴等惡劣天氣的影響，已成為業(yè)界公認的主流選擇，擁有巨大的市場需求，因而也是汽車電子廠商當(dāng)前的主要研發(fā)方向。而目前，汽車毫米波雷達的主要頻段為24GHz和77GHz（日本還采用60GHz以及臺灣使用的79GHz），而77GHz被認為是未來的主流方向因此成為各大廠商角逐焦點，那么77GHz毫米波雷達研發(fā)難點是什么？24GHz以及77GHz毫米波雷達將會以何種形式存在？對此《華強電子》邀請國內(nèi)外毫米波雷達企業(yè)進行探討。

行車環(huán)境無死角可視化，毫米波雷達市場可期

眾所周知，毫米波雷達的主要作用為測距，對于半自動和全自動駕駛汽車而言，激光雷達、毫米波雷達和“激光+毫米波雷達”是三種主要的傳感測距方案。雖然激光雷達和毫米波雷達都是主動式測量，但激光雷達發(fā)射905nm ~1550nm的激光作為檢測信號（1400~2000nm為人眼安全范圍），而毫米波雷達則采用K、W波段的電磁波來進行目標檢測。

根據(jù)IHS Automotive的預(yù)測：2014年全球防碰撞傳感器（微波雷達、攝像頭、超聲波、激光）的整體市場規(guī)模將達到39.4億美元；預(yù)計到2020年，這一市場的規(guī)模預(yù)計將激增至99億美元，其中2020年微波雷達市場將達43.8億美金，微波/毫米波雷達的滲透率也將達到10%。

沈陽承泰科技CEO陳承文

沈陽承泰科技CEO陳承文指出，激光雷達屬于點測量，分辨率高，并且高端型號可以通過色差信息分辨車道線，所以在早期的無人駕駛車輛和機器人上得到廣泛應(yīng)用，但其復(fù)雜的“電子+光學(xué)+機械結(jié)構(gòu)”導(dǎo)致成本高昂和可靠性較差，并且在雨雪等惡劣天氣下無法工作。

而毫米波雷達依靠目標RCS（雷達散射截面）進行檢測，其全天候工作能力強，可靠性高、性價比高，但在目標類型和環(huán)境細節(jié)感知上不足。

陳承文告訴記者，自2015年開始，基于視覺和毫米波雷達的ADAS（高級駕駛輔助）以及ACC（自適應(yīng)巡航）、AEB（自動緊急制動）已經(jīng)陸續(xù)在國內(nèi)外各款車型上開始裝備，并預(yù)計在2020年左右達到普及。屆時按照中國2500萬輛乘用車和1000萬輛商用車的年產(chǎn)量，50%的裝車率和每輛車平均3只雷達的安裝數(shù)量，僅國內(nèi)汽車前裝市場的毫米波雷達年需求量就將超過5000萬只，同時后裝市場也將涌現(xiàn)大量需求，由此可以看出汽車毫米波雷達市場需求強勁。

英飛凌科技（中國）有限公司汽車電子高級應(yīng)用工程經(jīng)理Kevin Wu對此表示同意。“毫米波雷達利用射頻電磁波，激光雷達則使用激光束來測量目標與車的距離。掃描激光雷達系統(tǒng)可幫助探測路面上的小物體。這兩種互為補充的傳感器可提供自動駕駛所需的冗余及實現(xiàn)全天候應(yīng)用。”Kevin Wu預(yù)計汽車行業(yè)從2020年左右開始上路的自動駕駛車輛，可能至少要配備10套雷達測距系統(tǒng)。

此外由于雷達研發(fā)時間長，技術(shù)壁壘高，所以英飛凌通過收購荷蘭的激光雷達技術(shù)公司Innoluce，從而全面擁有適用于這三種傳感器方案的技術(shù)專長，進一步鞏固其在自動駕駛領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。

24GHz與77GHz應(yīng)用有別 深耕24GHz毫米波雷達仍有可為

產(chǎn)業(yè)界普遍認為，從ADAS到無人駕駛的演進，是汽車大變革時代的發(fā)展趨勢；而毫米波雷達傳感器扮演著汽車的“眼睛”，是ADAS、無人駕駛的核心傳感器部件之一，能夠為車輛提供環(huán)境感知數(shù)據(jù)。

目前來看汽車毫米波雷達主流的頻段為24GHz和77GHz兩種，國外傳統(tǒng)零部件巨頭，在這個領(lǐng)域起步較早，77GHz開發(fā)進程較先進，雷達傳感器已開始廣泛應(yīng)用在中高端車型上。Kevin Wu強調(diào)，有著強大傳感器技術(shù)積累的英飛凌通過創(chuàng)新的系統(tǒng)設(shè)計解決方案和行業(yè)領(lǐng)先的生產(chǎn)工藝，不僅能滿足車用毫米波雷達需要的極其苛刻的品質(zhì)要求，還大大降低了毫米波雷達系統(tǒng)的成本。這使得現(xiàn)在僅限于高檔汽車的毫米波雷達系統(tǒng)將會逐漸在其他車輛上普及，同時這也是毫米波雷達產(chǎn)品能夠廣泛在中國普及的先決條件之一。

截止2016年底，全世界所有新車裝備的77-GHz雷達系統(tǒng)有半數(shù)以上配備來自英飛凌科技股份公司的芯片。從統(tǒng)計數(shù)字上看，這意味著大約十五分之一的新車將配備采用英飛凌77GHz雷達芯片的駕駛輔助系統(tǒng)。Kevin Wu自信的告訴記者，全球最大的五家雷達系統(tǒng)制造商已有四家采用來自英飛凌的77GHz雷達芯片。

在77GHz毫米波雷達芯片處于國外壟斷的形勢下，國內(nèi)廠商要如何應(yīng)對？從國內(nèi)毫米波雷達廠商現(xiàn)狀來看，24GHz技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在汽車上的使用需求也呈現(xiàn)出一種標配之勢，而77GHz毫米波雷達由于技術(shù)限制，突破國外壟斷，實現(xiàn)量產(chǎn)及商業(yè)化都仍需一段時間，但在此階段下24GHz與77GHz由于在所提供的功能上存在差異因此將在很長一段時間內(nèi)共存。

在車載領(lǐng)域24GHz雷達傳感器可實現(xiàn)的功能有：盲區(qū)監(jiān)測（BSD）、車道變換輔助(LCA)、后向碰撞預(yù)警(RCW)、前/后向目標橫穿預(yù)警（F/RCTA）、開門警示（DW）以及自動泊車等；而77GHz雷達傳感器的應(yīng)用系統(tǒng)相對是汽車駕駛輔助的高級階段，主要實現(xiàn)自適應(yīng)巡航（ACC，Adaptive Cruise Control）、自動緊急制動(AutomaticEmergency Brake)等功能。

廈門意行半導(dǎo)體科技有限公司首席技術(shù)官楊守軍博士總結(jié)稱，24GHz毫米波雷達所提供的功能或系統(tǒng)只會向駕駛員發(fā)出警告，避免可能的碰撞發(fā)生，人的手（轉(zhuǎn)向）、腳（剎車）仍然控制車輛；而77GHz所帶來的高階功能使得車輛開始分擔(dān)駕駛員的制動、油門等部分控制權(quán)，即實現(xiàn)干預(yù)輔助類功能，完成環(huán)境感知——決策——執(zhí)行，這個階段是自動駕駛的重要環(huán)節(jié)之一。

廈門意行半導(dǎo)體科技有限公司首席技術(shù)官楊守軍博士

從車載領(lǐng)域具體的應(yīng)用現(xiàn)狀來看，77GHz主要解決車前面的自適應(yīng)（ACC）雷達，24GHz主要解決的是車后面及四周的中短距離應(yīng)用的場景，如盲點偵測（BSD）/車道切換輔助（LCA）等。由于歐美起步早，ACC已有相應(yīng)的標準，再加上頻段高相應(yīng)的技術(shù)壁壘也要高，造成了進入77GHz的門檻較高。

“其實，國內(nèi)的ACC標準于2006年就已經(jīng)有了，可悲的是標準很超前，自主企業(yè)到目前為止還沒有一家。當(dāng)前自主產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀基本上是：77GHz毫米波雷達系統(tǒng)都是國外巨頭廠家提供，而自主的24GHz雷達剛打破國外壟斷，逐步出現(xiàn)，也是未來要放量的熱點產(chǎn)品。”楊守軍指出，自動駕駛是ADAS系統(tǒng)演進的終極目標，是需要經(jīng)過多個階段逐步實現(xiàn)的，而智能網(wǎng)聯(lián)汽車是當(dāng)前產(chǎn)業(yè)界努力的方向，因此未來5~10年，24GHz雷達依然是市場的主力產(chǎn)品。

楊守軍嚴肅地指出，雖然當(dāng)前車廠被國外巨頭們洗腦，但市場需要的是在復(fù)雜的場景下，能夠更好解決問題且價格可接受的產(chǎn)品，目前77GHz雷達的分布位置和24GHz雷達完全不同，發(fā)揮著不同的功能作用。

24GHz頻段，主要是24~24.25GHz ISM頻段，是全世界免授權(quán)的頻段。并且，隨著低成本毫米波雷達傳感技術(shù)的發(fā)展，還有可以解決很多問題的產(chǎn)品形態(tài)出現(xiàn)，如：后備箱開啟用到的腳踢傳感器，車四周監(jiān)控用到的侵入傳感器等等。只要標準沒有嚴格禁用，便不會革命性的消失。總體來說，就是需要產(chǎn)業(yè)人進行更多的創(chuàng)新，同時上升到標準，讓自主產(chǎn)業(yè)獲得更多的市場份額。

由于國內(nèi)自主24GHz雷達產(chǎn)業(yè)鏈已打通，產(chǎn)業(yè)規(guī)模日益壯大，產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈從自主核心芯片（24GHz雷達射頻芯片）、毫米波雷達技術(shù)、ADAS雷達產(chǎn)品、汽車應(yīng)用（包括前裝、后裝）等逐步成熟，加之各大整車廠（合資、國有、民營等）均已形成了各自的供應(yīng)體系。因此楊守軍預(yù)計，國產(chǎn)24GHz毫米波雷達傳感器2017年將批量化進入汽車前后裝市場，毫米波車載雷達產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，進入收獲期，業(yè)績將高速發(fā)展。而77GHz雷達傳感器國內(nèi)受多方面因素的制約，僅有少數(shù)的幾家廠商開始研制，尚無可批量化生產(chǎn)的能力。

此外，陳承文也稱，毫米波雷達24GHz和77GHz由于產(chǎn)品市場生命周期的原因，相當(dāng)長時間內(nèi)會長期并存。在成本上，24G汽車毫米波雷達將達到200元人民幣以內(nèi)的成本區(qū)間，77G汽車毫米波雷達將達到500元人民幣以內(nèi)，隨著CMOS工藝MMIC的技術(shù)演進，77G毫米波雷達也將進入300元人民幣以內(nèi)的成本區(qū)間，因此在很長一段時間內(nèi)無論是功能上還是成本上24GHz對于國內(nèi)廠商仍具有非常廣闊的市場空間。

77GHz毫米波雷達市場  國內(nèi)廠商尋突破

從終端配置來看，中高端品牌汽車已普遍配備24GHz、77GHz雷達以實現(xiàn)智能駕駛輔助（或主動安全功能），雷達逐漸向中低端車型滲透，行業(yè)預(yù)計到2020年77GHz毫米波雷達有望成為A級乘用車、商用車等車型的標配。在市場需求催化以及國外77GHz毫米波雷達雙重壓力下，國內(nèi)廠商如何才能突破國外廠商77GHz毫米波雷達從天線設(shè)計到整個系統(tǒng)的技術(shù)壁壘？

對此，在與北京郵電大學(xué)及與各大高校合作下成功推出一款高性能、高集成度、可產(chǎn)品化的CTLRR-100_KIT型77GHz毫米波雷達開發(fā)平臺的沈陽承泰向記者分享了在此過程中承泰科技面臨的種種技術(shù)挑戰(zhàn)以及解決方案。

陳承文介紹到，CTLRR-100_KIT套件主要包含77G毫米波雷達模塊、配套線纜連接器、電源適配器、GUI控制軟件等標配部件，以及MCU開發(fā)環(huán)境、程序加載燒錄器、雷達安裝支架、三腳架、角反射器、室外測試供電單元等可選配件。

值得一提的是，該套件可廣泛用于汽車ADAS系統(tǒng)、智能交通、工業(yè)測控、醫(yī)療健康、航空航天、學(xué)術(shù)研究等領(lǐng)域的技術(shù)研發(fā)，是一個性能穩(wěn)定、簡單實用、快速上手的軟硬件一體化開發(fā)平臺。

眾所周知77GHz的毫米波雷達，其本身的波長短，頻率高。因此在天線設(shè)計上，陳承文強調(diào)主要有以下四個挑戰(zhàn)：一是需要根據(jù)雷達產(chǎn)品本身的設(shè)計規(guī)格進行正向設(shè)計與仿真：阻抗、增益、水平/垂直波瓣夾角等來確定微帶陣列數(shù)和陣子數(shù)量，根據(jù)旁瓣抑制來確定切比雪夫加權(quán)系數(shù)等，這一個過程的數(shù)據(jù)處理之復(fù)雜，光第一版的仿真承泰用24核的高性能服務(wù)器運行了一個月；二是根據(jù)板材和天線罩材料介電常數(shù)確定線寬、線距、板厚、銅厚、表面處理工藝、間距、裝配精度要求等，這一過程的精度要求極高，失之毫厘謬以千里；第三是在單板面積極其有限的情況下有效布局和等長走線，CPWG、SIW等；最后是燒錢的測試驗證和射頻調(diào)優(yōu)過程。

此外，毫米波雷達在汽車上裝配的時候需要根據(jù)安裝高度和安裝位置進行調(diào)整和標定，特別是正前方安裝的ACC、AEB雷達，水平角和俯仰角的安裝精度都要在1°以內(nèi)，同時還需要在裝配線上使用特定的設(shè)備進行機械對準，同時啟動雷達上電運行進行參數(shù)自校正進行標定。而多雷達情況下，需先完成主雷達的標定，再完成輔助雷達的標定，同時需要采用帶目標模擬功能的毫米波雷達綜測儀設(shè)備。

對于外露型車載雷達，在設(shè)計上需要考慮除冰裝置。陳承文稱，通常的做法是在天線罩內(nèi)置電熱絲，但是由于電熱絲本身的金屬材質(zhì)和通電后產(chǎn)生的電磁場會對雷達波產(chǎn)生影響，因此電阻絲的布放位置和繞線方式需要特別考量。

除此之外，最為關(guān)鍵的是在車載領(lǐng)域，行人檢測一直是ADAS乃至無人駕駛技術(shù)最難突破的點。對此，毫米波雷達是否能夠取得一些突破？楊守軍保守的說到：“當(dāng)前車載領(lǐng)域，毫米波雷達的產(chǎn)品形態(tài)主要有自適應(yīng)巡航雷達（ACC）、盲點偵測（BSD）/車道切換輔助（LCA）雷達，這一些都不具備對行人檢測功能。因為，靜止目標很多，導(dǎo)致毫米波雷達的背景雜波很復(fù)雜。從這一些雜波中識別出（或去區(qū)別）出相對路面靜止物體，當(dāng)前還難以做到，因此毫米波雷達主要還是對于運動目標更加容易檢測出來。而這一場景問題，需要射頻、激光等技術(shù)手段進行定量的識別。”

但陳承文持有不同觀點，并強調(diào)，行人檢測涉及毫米波雷達關(guān)鍵機密，前面講到毫米波雷達是基于RCS進行目標檢測和目標識別分辨的，而行人也是有雷達回波的，只是行人的RCS只有普通轎車的1/100，因此車載毫米波雷達要做到行人檢測，有以下幾個方面的挑戰(zhàn)：首先，行人的RCS只有普通轎車的1/100，那么在信號頻譜上的幅度就要小很多，因此需要雷達的信噪比做到特別優(yōu)秀，底噪抑制、收發(fā)隔離度、VCO（壓控振蕩器）線性度和抖動，這些都需要特別的考慮，在射頻鏈路的設(shè)計上需要進行大量的計算、仿真與測試；其次，行人走動和靜止時候的特征頻譜是可以通過數(shù)據(jù)訓(xùn)練獲得的，國外有研究機構(gòu)進行過專項研究，有些論文文獻可以參考，但是實際產(chǎn)品算法調(diào)優(yōu)需要大量的反復(fù)測試驗證；最后，要檢測路面上的靜止物體，需要在雷達信號處理和數(shù)據(jù)處理中，進行地雜波的動態(tài)抑制消除，這部分也是需要大量的反復(fù)測試驗證。

由此可以看到，雖然國外77GHz毫米波雷達占據(jù)先發(fā)優(yōu)勢，但國內(nèi)廠商在技術(shù)上的跟進速度也不容小覷。值得一提的是，除在天線設(shè)計、安裝調(diào)整與標定等方面取得較大突破外，在一向棘手的行人檢測方面，毫米波雷達的加持或許還能起到幫助作用，這對自動駕駛技術(shù)來說，無異于如虎添翼！