本文來源:智車科技

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Yole發(fā)布的《2020年雷達(dá)產(chǎn)業(yè)態(tài)勢報(bào)告:廠商、應(yīng)用與技術(shù)趨勢》指出,到2025年,汽車市場預(yù)期將以11%的CAGR增長,因?yàn)?span id="oo26k4m" class='hrefStyle'>汽車應(yīng)用雷達(dá)已成為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備,在測試場景變得更嚴(yán)苛之后,有兩大趨勢正在涌現(xiàn):第一是向能更準(zhǔn)確描述車輛前后方場景的成像雷達(dá)前進(jìn);第二是增加車輛各處傳感器的數(shù)量,通過協(xié)調(diào)來改善場景知覺。近年來出現(xiàn)的4D成像毫米波雷達(dá)恰恰反映了這些趨勢。

4D毫米波雷達(dá)補(bǔ)短板

傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)不具備測高能力,難以判斷前方靜止物體是在地面還是在空中,無法細(xì)化剎車場景,如井蓋、減速帶等無需剎車的地面低小障礙物;交通標(biāo)識牌、龍門架、立交橋等無需剎車的空中障礙物;以及需要剎車的車輛、三角錐桶等路面上較大障礙物。為此,為避免誤剎車頻發(fā),AEB算法便決定降低毫米波雷達(dá)的置信度權(quán)重,以視覺感知結(jié)果為主。然而,視覺感知的挑戰(zhàn)在于,目標(biāo)障礙物必須經(jīng)過提前訓(xùn)練,而模型庫又不可能窮舉所有類型,所以很多靜態(tài)障礙物成了“漏網(wǎng)之魚”,此外即使有模型庫,另一個(gè)挑戰(zhàn)在于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能否正確識別出前方障礙物。因此,便經(jīng)常出現(xiàn)明明前方有障礙物、自動駕駛汽車卻依然撞上去的結(jié)果。

4D毫米波雷達(dá)又稱為成像雷達(dá),“4D”是指在原有距離、方位、速度的基礎(chǔ)上增加了對目標(biāo)的高度維數(shù)據(jù)解析,能夠?qū)崿F(xiàn)“3D+速度”四個(gè)維度的信息感知。

而“成像”概念是指其具備超高的分辨率,可以有效解析目標(biāo)的輪廓、類別、行為。這意味著4D毫米波雷達(dá)系統(tǒng)可以適應(yīng)更多復(fù)雜路況,包括識別較小的物體,被遮擋的部分物體以及靜止物體和橫向移動障礙物的檢測等。

升級為4D毫米波雷達(dá),AEB算法便可更多考慮毫米波雷達(dá)的感知結(jié)果,從而以更高概率識別路面上的靜態(tài)障礙物,結(jié)合其高分辨率帶來的優(yōu)勢,可以更有效地解析目標(biāo)的輪廓、類別、行為,進(jìn)而能知道在什么情況下必須剎車(避免漏剎)。

軟硬兼施實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)

在毫米波雷達(dá)芯片圈內(nèi),頭部廠商都認(rèn)為實(shí)現(xiàn)4D成像的關(guān)鍵在于多天線,技術(shù)門檻并不高。多年來,市場一直由英飛凌和恩智浦把持。2020年初,英飛凌宣布與首創(chuàng)車載4D高清點(diǎn)云成像雷達(dá)的美國傲酷(Oculi)合作,進(jìn)入汽車級成像雷達(dá)市場,但至今還沒有看到產(chǎn)品。

毫米波雷達(dá)市場格局及趨勢

為了搶占市場,德州儀器(TI)2016年底推出基于CMOS工藝的高集成度77GHz毫米波雷達(dá)傳感器AWR1642系列,是為適用中短距場景的集成DSP和MCU的單芯片產(chǎn)品,在長距毫米波雷達(dá)芯片組市場仍甘拜下風(fēng)。

既然無法與毫米波雷達(dá)芯片巨頭正面較量,只能走曲線救國的道路。何以見得?上面提到的傲酷首創(chuàng)了車載4D成像雷達(dá),活學(xué)活用的就是德州儀器的芯片。

德州儀器4D成像毫米波雷達(dá)概念于2018年底拋出,推出了基于AWR2243 FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)單芯片收發(fā)器的4片級聯(lián)4D毫米波雷達(dá)全套設(shè)計(jì)方案,最難搞的天線也融入其中,內(nèi)嵌四元件串饋貼片(4-element series-fed patch)天線。

AWR2243的PCB天線

AWR2243 FMCW收發(fā)器基于TI的低功耗45nm RFCMOS工藝,以單片實(shí)現(xiàn)具有內(nèi)置PLL和A2D轉(zhuǎn)換器的3Tx和4Rx系統(tǒng)。簡單的編程模型更改可以實(shí)現(xiàn)多種傳感器實(shí)現(xiàn)方式(短、中、長),并可動態(tài)重新配置以啟用多模傳感器。AWR2243收發(fā)器作為完整的平臺解決方案提供,包括參考硬件設(shè)計(jì)、軟件驅(qū)動程序、示例配置、API指南和用戶文檔。

垂直裝配的EVM樣機(jī)

算法包括MATLAB MIMO和波束形成兩種選擇,交鑰匙工程讓4D成像毫米波雷達(dá)技術(shù)門檻為之大降。也讓傲酷們得以率先嘗鮮。

AWR2243是一款76GHz至81GHz汽車類第二代高性能MMIC。目前已成為中國乃至全球4D成像毫米波雷達(dá)主要采用的級聯(lián)方案,有追求低成本的2片級聯(lián),也有追求高性能的4片級聯(lián)。

2片級聯(lián)成像雷達(dá)

2021年3月,傲酷用TI芯片實(shí)現(xiàn)了超高角分辨率4D成像前向雷達(dá)Eagle,是一個(gè)軟硬兼施方式做出的產(chǎn)品。Eagle 77GHz成像雷達(dá)使用的是市場流行的TI毫米波雷達(dá)芯片,傲酷獨(dú)有的軟件使毫米波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)了4D高清成像,探測距離在350米以上。

Eagle在雙芯片平臺上實(shí)現(xiàn)了寬視野范圍內(nèi)的高角度分辨率和仰角信息,通過專有的AI算法驅(qū)動的虛擬孔徑成像軟件,角度分辨率提高了50-100倍;多虛擬天線方式徹底解決了困擾車載毫米波雷達(dá)界幾十年來只能用增加實(shí)體天線數(shù)量提高角分辨率的難題,用軟件重新定義了雷達(dá)。同時(shí)4D成像雷達(dá)產(chǎn)品的BOM成本和普通毫米波雷達(dá)差不多,但性能卻實(shí)現(xiàn)了碾壓。

Eagle可在120°水平/30°垂直寬視場中提供0．5°水平x 1°縱向角分辨率。其遠(yuǎn)程和高角度分辨率使其能夠用于各種自動駕駛應(yīng)用,包括高分辨率雷達(dá)測繪和定位、自主路徑規(guī)劃和避障、目標(biāo)檢測和跟蹤、室內(nèi)導(dǎo)航、虛擬圍欄等。

傳統(tǒng)商用雷達(dá)與傲酷雷達(dá)對比

傳統(tǒng)雷達(dá)波形是單頻、重復(fù)、非自適應(yīng)的,產(chǎn)生多種波形的唯一方法是增加接收天線數(shù)量。虛擬孔徑成像波形是自適應(yīng)的相位調(diào)制。每根接收天線在不同時(shí)間產(chǎn)生不同的相位響應(yīng),然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行插值和外推,創(chuàng)造一個(gè)“虛擬孔徑”。使用人工智能從環(huán)境中學(xué)習(xí)和適應(yīng)的智能軟件可以伴隨成倍增長的數(shù)據(jù)而不斷改進(jìn)。

傳統(tǒng)雷達(dá)波形與虛擬孔徑成像波形

傳統(tǒng)雷達(dá)的分辨率取決于天線數(shù)量。這意味著性能是固定的,需要更多的硬件——更多天線、更多處理、更大尺寸和額外成本——來實(shí)現(xiàn)更高的角分辨率。額外的實(shí)體天線可以線性增加性能,但成本、尺寸和功耗呈指數(shù)增長,限制了商用雷達(dá)中可使用的天線數(shù)量。

Eagle用低成本、低功耗的雙芯片(6T8R)硬件平臺可提供傳統(tǒng)雷達(dá)用8芯片級聯(lián)(24T32R)才能達(dá)到的角分辨率。通過軟件計(jì)算和數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)更高的角分辨率,可以遵循摩爾定律的指數(shù)級增長,實(shí)現(xiàn)更長的探測距離和低成本。

“基陣”物理MIMO接收機(jī)數(shù)量與角分辨性能趨勢

據(jù)介紹,傲酷的高分辨率點(diǎn)云數(shù)據(jù)可以在原始數(shù)據(jù)層面與其他傳感器,如攝像頭、激光雷達(dá)等融合,實(shí)現(xiàn)深度傳感器融合能力,保證全天候條件下運(yùn)行,得到最好的跟蹤結(jié)果。