【導讀】汽車(chē)雷達作為核心傳感器技術(shù)，涵蓋多種類(lèi)型，其中毫米波（mmWave）雷達憑借全天候目標探測能力脫穎而出。無(wú)論面對暴雨、濃霧還是沙塵等惡劣環(huán)境，其穩定性能均遠超其他傳感器方案。在智能汽車(chē)領(lǐng)域，毫米波雷達已成為ADAS（高級駕駛輔助系統）與自動(dòng)駕駛技術(shù)的基石，通過(guò)精準感知周?chē)h(huán)境，為車(chē)輛提供實(shí)時(shí)距離、速度與角度數據，從而構建安全、高效的駕駛決策基礎，推動(dòng)自動(dòng)駕駛從概念向現實(shí)加速演進(jìn)。
汽車(chē)雷達作為核心傳感器技術(shù)，涵蓋多種類(lèi)型，其中毫米波（mmWave）雷達憑借全天候目標探測能力脫穎而出。無(wú)論面對暴雨、濃霧還是沙塵等惡劣環(huán)境，其穩定性能均遠超其他傳感器方案。在智能汽車(chē)領(lǐng)域，毫米波雷達已成為ADAS（高級駕駛輔助系統）與自動(dòng)駕駛技術(shù)的基石，通過(guò)精準感知周?chē)h(huán)境，為車(chē)輛提供實(shí)時(shí)距離、速度與角度數據，從而構建安全、高效的駕駛決策基礎，推動(dòng)自動(dòng)駕駛從概念向現實(shí)加速演進(jìn)。
毫米波雷達在汽車(chē)中的應用
毫米波是30-300GHz頻率范圍內的短波電磁波。毫米波雷達的波長(cháng)從1mm到1cm不等。在汽車(chē)工業(yè)中，毫米波雷達常被用于無(wú)干擾地精確感測位置、速度和角度。根據使用的頻率劃分，汽車(chē)毫米波雷達主要有24GHz毫米波段、60GHz毫米波段和77GHz毫米波段三種類(lèi)型。就毫米波雷達傳感器而言，工作頻率越高，波長(cháng)越短，則帶寬越寬，分辨率越高。
? 24GHz毫米波雷達被稱(chēng)為短波雷達，波長(cháng)為1.25cm，可感應15cm至30m范圍內的距離，可用于停車(chē)輔助系統。由于工作頻率相對較低，帶寬較窄（僅250MHz），因此24GHz毫米波雷達的測量精度有限，這也限制了它的應用范圍。不過(guò)，24GHz毫米波雷達因技術(shù)較為成熟，器件的價(jià)格很便宜，對價(jià)格敏感的應用而言是個(gè)不錯的選擇。
? 60GHz毫米雷達的波長(cháng)為5mm，它的出現主要是為了應對24GHz雷達帶寬和精度的不足。在非汽車(chē)領(lǐng)域，對毫米波雷達的應用已逐漸從24GHz轉移到60GHz。60GHz毫米波雷達可用于人體姿勢檢測、生命體征監測和分區軌跡追蹤等高級功能場(chǎng)景。而對人體姿勢檢測和生命體征監測正在成車(chē)內乘員健康監測的重要選項。因此，60GHz毫米波雷達在汽車(chē)領(lǐng)域的應用也在逐漸展開(kāi)。
? 77GHz毫米波雷達的波長(cháng)僅為3.9mm，頻率相對較高。一般來(lái)說(shuō)，雷達的波長(cháng)越短，分辨率/精度就越高，整個(gè)系統的外形也將更小。汽車(chē)盲點(diǎn)檢測需要在1m至100m的中程范圍內進(jìn)行檢測，77GHz毫米波雷達完全覆蓋這一應用需求。對于自適應巡航控制和前方碰撞預警系統而言，可能需要探測到長(cháng)達250m的距離，這種遠程探測需求可選擇77GHz或79GHz毫米波雷達。
毫米波雷達作為一種非接觸式傳感器，與相機、紅外或激光雷達（LiDAR）相比，具有抗干擾性能強、全天候（大雨天除外）工作、雨霧、煙霧和灰塵穿透能力強等優(yōu)點(diǎn)。這些特性使其成為旨在提高車(chē)輛安全性和駕駛自動(dòng)化的現代車(chē)輛的理想解決方案。
毫米波雷達賦能自動(dòng)駕駛
毫米波雷達通常集成在車(chē)輛的角落，靠近保險杠，以覆蓋盲點(diǎn)并協(xié)助碰撞檢測、停車(chē)和其他安全功能。毫米波角雷達技術(shù)能夠掃描比傳統雷達傳感器更寬的區域，可提供車(chē)輛周?chē)?60度視野。汽車(chē)毫米波角雷達使用毫米波頻率來(lái)檢測車(chē)輛周?chē)奈矬w和障礙物，特別是在能見(jiàn)度有限的角落。這種雷達技術(shù)在增強車(chē)道保持輔助、防撞、自適應巡航控制和盲點(diǎn)檢測等系統的功能方面發(fā)揮著(zhù)至關(guān)重要的作用。
安全一直是汽車(chē)行業(yè)的首要關(guān)注點(diǎn)，毫米波角雷達等雷達技術(shù)為實(shí)現這一目標做出了重大貢獻。毫米波角雷達提供的極重要的安全功能之一是盲點(diǎn)檢測。它可以提醒駕駛員在難以看到的區域，特別是在高速公路上，存在其他車(chē)輛或障礙物，有效降低了變道或并線(xiàn)時(shí)發(fā)生事故的風(fēng)險。當毫米波角雷達與其他ADAS技術(shù)協(xié)同工作時(shí)，通過(guò)不斷監測車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境，可實(shí)時(shí)提醒駕駛員潛在的碰撞風(fēng)險，甚至應用自動(dòng)制動(dòng)來(lái)防止事故，大大降低側面碰撞的風(fēng)險。
在狹小的空間停車(chē)是駕駛員非常不喜歡做的事情之一，但有了角雷達，系統可為駕駛員提供精確的引導，使停車(chē)更容易、更安全。自動(dòng)駕駛系統在檢測物體和做出瞬間決策以安全導航方面需要高精度，角雷達通過(guò)向車(chē)輛控制系統提供準確的數據，幫助其做出有關(guān)轉向、制動(dòng)和加速的明智決定。
雖然毫米波雷達擅長(cháng)在遠程和具有挑戰性的天氣條件下探測物體，但攝像頭、激光雷達和超聲波傳感器等其他傳感器通過(guò)提供額外的細節能有效補充其功能。因此，毫米波雷達通常會(huì )被集成到多傳感器融合系統中。
在融合系統中，攝像頭提供高分辨率圖像，詳細識別物體，如交通標志、車(chē)道標記和行人外觀(guān)。激光雷達生成環(huán)境的3D地圖，創(chuàng )建附近物體和障礙物的高精度模型。超聲波傳感器檢測非常近的物體，如停車(chē)時(shí)的路緣或其他車(chē)輛。通過(guò)結合來(lái)自多個(gè)傳感器的數據，車(chē)輛的ADAS可以更全面地了解周?chē)h(huán)境。
這種傳感器融合方法為現實(shí)駕駛場(chǎng)景提供了更穩健的智能駕駛解決方案。以汽車(chē)自動(dòng)制動(dòng)系統為例，毫米波雷達可與攝像頭一起搭配使用。攝像頭用于識別前方彎道半徑和障礙物，還能控制毫米波雷達的探測方向。毫米波雷達則用于精準地檢測障礙物的距離和接近速度，用于汽車(chē)應用的毫米波雷達可正確區分多個(gè)障礙物。
ADAS和防撞系統中的毫米波雷達方案
毫米波雷達在防撞方面非常顯著(zhù)的優(yōu)勢是其高分辨率的探測能力，即使在幾百米的距離它也能探測到物體，為車(chē)輛提供充足的時(shí)間來(lái)躲避潛在的障礙和危險。在檢測移動(dòng)物體方面，毫米波雷達也特別有效，它能準確探測到道路上行駛的車(chē)輛、行人、自行車(chē)以及動(dòng)物等，即使在高速公路和城市復雜街道等環(huán)境中亦能如此。
此外，毫米波雷達的高精度使其還能夠區分靜止和運動(dòng)的物體，并估計它們的運行速度和方向。這些信息對于自適應巡航控制（ACC）、自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）和其他旨在防止追尾碰撞和避免潛在事故的安全功能至關(guān)重要。
在A(yíng)DAS和防撞系統中，集成在車(chē)輛的前、后和側面板中的毫米波雷達，通過(guò)感應物體并測量其距離、速度和軌跡，使車(chē)輛能夠及時(shí)采取糾正措施，如制動(dòng)或轉向調整，避免發(fā)生碰撞。
圖：可用于A(yíng)DAS和泊車(chē)應用的毫米波解決方案（圖源：Texas Instruments）
TI AWRL1432
Texas Instruments擁有全線(xiàn)的、適用于汽車(chē)自動(dòng)駕駛的毫米波雷達產(chǎn)品（如圖3）。其中，AWRL1432毫米波雷達傳感器專(zhuān)為汽車(chē)應用中的自監控雷達系統而設計，包括踢開(kāi)門(mén)、停車(chē)輔助、盲點(diǎn)檢測和車(chē)門(mén)障礙物檢測等。
圖：可用于停車(chē)輔助、盲點(diǎn)檢測等方案的低功耗毫米波雷達傳感器AWRL1432系統框圖（圖源：Texas Instruments）
該傳感器工作在76GHz至81GHz頻帶，連續帶寬為5GHz，內置一個(gè)Arm M4F內核（160MHz）和一個(gè)單精度浮點(diǎn)單元（FPU），用于高效的信號控制。其還具有Texas Instruments雷達硬件加速器（HWA 1.2），用于處理快速傅里葉變換（FFT）、對數幅度和恒定虛警率（CFAR）操作等任務(wù)。
AWRL1432傳感器分為四個(gè)電源域：射頻/模擬子系統、前端控制器子系統（FECSS）、應用子系統（APPSS）和硬件加速器（HWA）。AWRL1432對每個(gè)電源域都有單獨的控制，允許根據使用情況打開(kāi)或關(guān)閉每個(gè)狀態(tài)。即使在低功耗狀態(tài)下，傳感器也會(huì )保留一些信息，如應用程序圖像或RF配置文件，使設備能夠快速恢復運行。
從圖3中可以看出，AWR1843是作為毫米波角雷達傳感器使用的，它采用Texas Instruments低功耗45nm RF CMOS工藝，在極小的外形尺寸下實(shí)現了高集成度。單芯片實(shí)現了3TX、4RX系統，同時(shí)內置PLL和ADC以及用于雷達信號處理的高性能C674x DSP。
此外，AWR1843芯片內還包括一個(gè)用于汽車(chē)接口的用戶(hù)可編程ARM R4F基座。簡(jiǎn)單的編程模型更改即可完成各種傳感器的實(shí)現（近距離、中距離和遠距離），并有可能動(dòng)態(tài)重新配置以實(shí)現多模傳感器。AWR1843在76GHz至81GHz頻段運行，是汽車(chē)領(lǐng)域低功耗、自我監控、超精確雷達系統的理想解決方案。
圖：可用于毫米波角雷達傳感器的AWR1843系統框圖（圖源：Texas Instruments）
毫米波雷達的四大發(fā)展趨勢
在技術(shù)進(jìn)步和不斷變化的市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，毫米波雷達市場(chǎng)呈上升趨勢。Data Insights Market預計，到2033年，全球毫米波雷達汽車(chē)市場(chǎng)的價(jià)值將達到約90.95億美元，2025年至2033年的復合年增長(cháng)率為4.3%。
制造商在將毫米波雷達集成到ADAS和自動(dòng)駕駛汽車(chē)后，有效提高了安全性和運營(yíng)效率?，F在，汽車(chē)行業(yè)越來(lái)越多地開(kāi)始將毫米波雷達用來(lái)實(shí)現自適應巡航控制、防撞和行人檢測等功能。
綜合分析，毫米波雷達將在以下四個(gè)方面取得較大發(fā)展：
? 77GHz毫米波雷達的應用：與24GHz雷達相比，77GHz雷達技術(shù)提供了更高的分辨率和范圍，使其成為高級安全應用的首選。77GHz雷達的采用率預計將在未來(lái)幾年大幅提高。
? 與高級駕駛輔助系統（ADAS）的集成：毫米波汽車(chē)雷達正越來(lái)越多地與自適應巡航控制、車(chē)道偏離警告和自動(dòng)緊急制動(dòng)等ADAS系統集成。這些系統使用雷達數據來(lái)提高車(chē)輛安全性，并在各種駕駛場(chǎng)景中為駕駛員提供幫助。
? 大量采用板上芯片（COB）技術(shù)：COB技術(shù)將雷達傳感器和天線(xiàn)集成在單個(gè)芯片上。這項技術(shù)有望大幅降低毫米波雷達傳感器的成本和尺寸，助推毫米波雷達在汽車(chē)行業(yè)的應用。
? 加速與AI和機器學(xué)習等新興技術(shù)的融合：AI技術(shù)將被用來(lái)提高毫米波雷達傳感器的性能。人工智能雷達傳感器可以學(xué)習和適應環(huán)境，使其更加準確和可靠。AI和機器學(xué)習（ML）技術(shù)以及將毫米波雷達與相機和激光雷達等其他傳感器的集成將成為推動(dòng)毫米波雷達市場(chǎng)發(fā)展的主要動(dòng)力。
本文小結
自動(dòng)駕駛汽車(chē)的發(fā)展推動(dòng)了對高性能毫米波汽車(chē)雷達傳感器的需求。這些傳感器是自動(dòng)駕駛車(chē)輛的障礙物檢測、路徑規劃、車(chē)輛防撞系統和盲點(diǎn)檢測（BSD）等應用的關(guān)鍵組件。其中，盲點(diǎn)檢測預計將成為毫米波汽車(chē)雷達市場(chǎng)的主要細分市場(chǎng)。
激光雷達因價(jià)格昂貴通常只適用于高端車(chē)輛，毫米波雷達憑借較高的成本效益為我們提供了一種經(jīng)濟實(shí)惠的防撞系統替代方案，且不會(huì )對性能產(chǎn)生較大影響，這使得汽車(chē)制造商更容易以較低成本將先進(jìn)的技術(shù)集成到更廣泛的車(chē)輛中。
對ADAS需求的不斷增長(cháng)，安全法規的日益嚴格，這一切都正在推動(dòng)著(zhù)毫米波雷達市場(chǎng)的增長(cháng)。毫米波雷達的應用正在徹底改變車(chē)輛的安全性，特別是在防撞領(lǐng)域，使其成為現代車(chē)輛不可或缺的雷達技術(shù)。
與此同時(shí)，對毫米波雷達等先進(jìn)安全技術(shù)的需求開(kāi)辟了新的商業(yè)和投資機會(huì )，隨著(zhù)汽車(chē)制造商不斷將這些先進(jìn)功能集成到他們的車(chē)輛中，雷達系統和傳感器組件的供應商亦將從中受益。
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