前言：由於世界各國的汽車安全標準、汽車電子化水準不斷提高以及人們對駕駛安全需求不斷增長，具備主動安全技術(shù)的ADAS系統(tǒng)呈現(xiàn)快速發(fā)展的勢頭。感測器技術(shù)是汽車電子的關(guān)鍵核心技術(shù)之一，各種感測器技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展為主動安全提供了技術(shù)可行性，汽車微波/毫米波雷達感測器正是實現(xiàn)該功能的核心部件之一。微波/毫米波雷達是利用目標對電磁波反射來發(fā)現(xiàn)目標並測定其位置的。
  

毫米波頻率高、波長短，一方面可縮小從天線輻射的電磁波射束角幅度，從而減少由於不需要的反射所引起的誤動作和干擾，另一方面由於多普勒頻移大，相對速度的測量精度高。在汽車主動安全領(lǐng)域，汽車微波/毫米波雷達感測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前的主要研發(fā)方向。毫米波雷達同超聲波雷達相比，毫米波雷達具有體積小、品質(zhì)輕和空間解析度高的特點。與紅外、鐳射、攝像頭等光學感測器相比，毫米波雷達穿透霧、煙、灰塵的能力強，具有全天候全天時的特點。
 

▌雷達應(yīng)用市場
 

據(jù)市場研究機構(gòu)預(yù)測，隨著ADAS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，汽車微波/毫米波雷達感測器市場的年均增長率將高達23%，預(yù)計到2021年的市場需求總量將達5000萬部。2015年中國汽車銷售量為2459.8萬輛，保守按中國汽車銷售量中有20%（491萬輛）裝配汽車微波/毫米波雷達感測器的話，市場規(guī)模就很可觀，前景廣闊。
 

目前來說，毫米波雷達的技術(shù)主要由大陸、博世、電裝、奧托立夫、Denso、德爾福等傳統(tǒng)零部件巨頭所壟斷，特別是77GHz毫米波雷達，只有博世、大陸、德爾福、電裝、TRW、富士通天、Hitachi等公司掌握。目前，博世的長距離毫米波雷達產(chǎn)品是其核心產(chǎn)品，主要應(yīng)用在自巡航控制系統(tǒng)ACC和緊急自動剎車AEB中；Hella則是以24GHz雷達為其核心，客戶範圍廣泛。

                      圖1 毫米波雷達
 

▌雷達方案對比

目前在國內(nèi)市場，24GHz毫米波雷達與77GHz毫米波雷達的主要區(qū)別在於以下幾點：
  1）77GHz毫米波雷達的體積更小。24GHz毫米波雷達和77GHz毫米波雷達的性能及演算法其實相差不遠，更主要的差距還是在雷達體積上。由於24GHz雷達的頻率更低波長更長，因此雷達所需要的天線就更長，做成小體積雷達的難度就更高，因此24GHz毫米波雷達會比77GHz毫米波雷達的體積更大，在追求美觀與輕量化的車載領(lǐng)域體積是個關(guān)鍵問題。
  2）77GHz毫米波雷達所需要的工藝更高。77GHz毫米波雷達最大的製造難度體現(xiàn)在其工藝上，77GHz毫米波雷達由於體積小，其線路板的面積很小，因此射頻線路的設(shè)計難度非常高，成片的成品率也比較低。
  3）77GHz毫米波雷達的檢測精度更好。相比于24GHz雷達，77GHz雷達的波長更小，雖然繞射能力比24GHz雷達要弱，但是其檢測精度更高。因此未來對於檢測精度精益求精的自動駕駛來說，77GHz毫米波雷達無疑更具有一定優(yōu)勢。
  4）24GHz毫米波雷達的射頻晶片對相對77GHz雷達射頻晶片更易獲取。各大廠商經(jīng)過多年對24GHz毫米波雷達的研發(fā)，市場上24GHz毫米波雷達的產(chǎn)品體系已經(jīng)相對成熟，供應(yīng)鏈已經(jīng)相對穩(wěn)定，在國內(nèi)，24GHz的核心晶片射頻晶片能從英飛淩、飛思卡爾等晶片供應(yīng)商獲得。但是，目前在全球範圍內(nèi)77GHz毫米波雷達晶片並沒有穩(wěn)定的供應(yīng)體系，由於相關(guān)智慧財產(chǎn)權(quán)與合作協(xié)定的原因，英飛淩、飛思卡爾、意法半導體等晶片商對中國並沒有放開77GHz雷達晶片的供應(yīng)，因此國內(nèi)77GHz毫米波雷達的開發(fā)受到一些限制。

            表1 77GHz雷達主要功能、性能參數(shù)表
全球發(fā)達國家向77GHz升級切換，24GHz產(chǎn)品在國內(nèi)短期仍有市場?？紤]到中國的實際國情以及晶片研發(fā)進度等行業(yè)特點，24GHz毫米波雷達在國內(nèi)仍有較大市場空間，相比全球而言我國77GHz毫米波雷達的大規(guī)模應(yīng)用將稍微推後。隨著技術(shù)的發(fā)展，77GHz毫米波雷達將在行業(yè)普遍產(chǎn)業(yè)化。
  
▌毫米波雷達測距原理
  車載毫米波雷達主要應(yīng)用在汽車的防撞系統(tǒng)上。車載毫米波雷達利用電磁波發(fā)射後遇到障礙物反射的回波對其不斷檢測，計算出與前方或後方障礙物的相對速度和距離。當車輛行進中時，發(fā)射機產(chǎn)生的雷達窄波束向前發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）信號，當發(fā)射信號遇到目標時被反射回來，並為同一天線接收，經(jīng)混頻放大處理後，可用其差拍信號時間差來表示雷達與目標的距離，再根據(jù)差頻信號相差與相對速度關(guān)係，計算出目標對雷達的相對速度及危險時間，從而通過防撞系統(tǒng)對車輛做出預(yù)判警告。

                 圖2 汽車防撞雷達原理框圖

目前，毫米波車載雷達系統(tǒng)的研究工作領(lǐng)先地區(qū)主要分佈在美國、歐洲和日本。目前研究內(nèi)容主要集中在兩個方面，即前視汽車雷達(FCW)和自主巡航控制系統(tǒng)(ACC) 等。二者的區(qū)別在於前者只需完成危險預(yù)警功能，而後者需要通過雷達系統(tǒng)即時監(jiān)測車輛間距和相對運動速度資訊，自動控制汽車的轉(zhuǎn)向、加速、減速或者剎車，從而自動地調(diào)整己車與前車的間距或者相對速度使之保持在一個安全的範圍內(nèi)。從智慧汽車發(fā)展的趨勢看，目前已經(jīng)加速從預(yù)警提示向閉環(huán)自動控制功能升級切換。

             圖3 車載雷達模組

             圖4 防碰撞功能

                圖5 雷達系統(tǒng)原理框圖
 

▌毫米波雷達系統(tǒng)方案
  在描述設(shè)計方案之前，不得不提到一個好消息。?？W(wǎng)於1月19日，邀請了國內(nèi)雷達開發(fā)首席技術(shù)專家劉博士，為工程師朋友們帶來3天的培訓。將重點針對77GHz毫米波雷達的系統(tǒng)設(shè)計、信號處理、天線設(shè)計等技術(shù)進行深層剖析。詳情可點擊以下海報瞭解：

 汽車微波/毫米波雷達主要由天線、前端雷達感測器和後端信號處理器組成。其中雷達感測器是最關(guān)鍵核心部件，而目前汽車雷達感測器都採用積體電路技術(shù)實現(xiàn)。汽車微波/毫米波雷達感測器積體電路主要為：英飛淩、恩智浦∕飛思卡爾和ST（意法半導體）等公司。針對77GHz汽車雷達其主要設(shè)計方案如下：

（1）英飛淩77GHz汽車雷達方案

         圖6 英飛淩雷達集成晶片框圖

            圖7 英飛淩雷達系統(tǒng)框圖
 

系統(tǒng)特點：發(fā)射模組、接收模組分離，集成度較高，採用該方案來設(shè)計77GHz射頻前端電路具有一定的靈活性，單獨電路消化難度有所降低；但由於涉及到比較多的控制電路設(shè)計，後期的調(diào)試工作量較大。
（2）恩智浦∕飛思卡爾77GHz汽車雷達方案

        圖8 恩智浦∕飛思卡爾雷達框架

         圖9 恩智浦∕飛思卡爾雷達系統(tǒng)框圖

           圖10 恩智浦∕飛思卡爾雷達系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)特點：發(fā)射模組、接收模組分離，VCO、MCU等電路，集成度較高，採用該方案來設(shè)計77GHz射頻前端電路具有一定的靈活性，單獨電路消化難度有所降低；但由於也涉及到比較多的控制電路設(shè)計，後期的調(diào)試工作量也較大。目前已推出新款集成度更高的晶片樣片，收發(fā)模組等進行了集成，支持3發(fā)4收。

（3）UMS 77GHz汽車雷達方案

                 圖11 UMS 雷達系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)特點：發(fā)射模組、接收模組分離，VCO、MCU等電路，集成度較高，採用該方案來設(shè)計77GHz射頻前端電路具有一定的靈活性，單獨電路消化難度有所降低；但由於也涉及到比較多的控制電路設(shè)計，後期的調(diào)試工作量也較大。

（4）ST 77GHz 汽車雷達方案

              圖12 ST 77G DEMO板圖

系統(tǒng)特點：發(fā)射模組、接收等模組集成設(shè)計，輔以MCU等部分電路可構(gòu)建雷達系統(tǒng)，集成度高。採用該方案來設(shè)計77GHz射頻前端電路內(nèi)部配置靈活，整體消化難度有所提高；但由於也涉及到控制電路少，後期的調(diào)試工作量較少、成本低。
 

綜合情況分析如下：

結(jié)論

汽車毫米波雷達在我國屬於新興的產(chǎn)品，汽車主動安全系統(tǒng)也是未來發(fā)展的一個重要方向。隨著目前我國自主品牌汽車上ADAS產(chǎn)品的普遍應(yīng)用和國家標準對汽車主動安全系統(tǒng)的要求逐漸提高。在未來的產(chǎn)品汽車製造中，汽車行業(yè)應(yīng)當將毫米波雷達的搭載應(yīng)用作為戰(zhàn)略性的發(fā)展目標，以市場為導向，抓住難得的發(fā)展機遇，早日實現(xiàn)我國汽車防撞雷達產(chǎn)業(yè)化。國家應(yīng)該加大研究資金的投入，推動汽車防撞雷達的研究進度，當防撞雷達技術(shù)達到一定的水準，可以帶來巨大的社會和經(jīng)濟效益