國內(nèi)爭搶分食車載攝像頭和激光雷達(dá)大蛋糕

　　雷達(dá)通過發(fā)射聲波或者電磁波對目標(biāo)物體進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得目標(biāo)物體的距離、距離變化率(徑向速度)、大小、方位等信息。雷達(dá)最先應(yīng)用于軍事中，后來逐漸民用化。隨著汽車智能化的發(fā)展趨勢，雷達(dá)開始出現(xiàn)在汽車上，主要用于測距、測速等功能。汽車?yán)走_(dá)可分為超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等，不同雷達(dá)的原理不盡相同，性能特點(diǎn)也各有優(yōu)勢，可用于實(shí)現(xiàn)不同的功能。

　　(1)超聲波雷達(dá)

　　超聲波雷達(dá)是利用傳感器內(nèi)的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生 40KHz的超聲波，再由接收探頭接收經(jīng)障礙物反射回來的超聲波，根據(jù)超聲波反射接收的時(shí)間差計(jì)算與障礙物之間的距離。超聲波雷達(dá)成本較低，探測距離近精度高，且不受光線條件的影響，因此常用于泊車系統(tǒng)中。

　　自動泊車功能離不開超聲波雷達(dá)。 寶馬最新的 i 系列和 7 系列已經(jīng)支持使用車鑰匙遙控汽車自動泊車，在操作過程中用戶只需要發(fā)出前進(jìn)或后退兩個(gè)指示，汽車就會持續(xù)使用超聲波傳感器檢測車位和障礙物，自動操作方向盤和制動器，實(shí)現(xiàn)自動泊車。大眾第三代超聲波半自動泊車系統(tǒng)，泊車輔助系統(tǒng)通常使用 6-12 個(gè)超聲波雷達(dá)，車后部的 4 個(gè)短距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測倒車時(shí)與障礙物之間的距離，一側(cè)的長距超聲波雷達(dá)負(fù)責(zé)探測停車位空間。

　　(2)毫米波雷達(dá)： ADAS 核心傳感器

　　毫米波是指波長在 1mm 到 10mm 之間的電磁波，換算成頻率后，毫米波的頻率位于 30GHz到 300GHz 之間。毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)。毫米波雷達(dá)在導(dǎo)彈制導(dǎo)、目標(biāo)監(jiān)視和截獲、炮火控制和跟蹤、高速通信、衛(wèi)星遙感等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。近些年，隨著毫米波雷達(dá)技術(shù)水平的提升和成本的下降，毫米波雷達(dá)開始應(yīng)用于汽車領(lǐng)域。

　　不同波長雷達(dá)的應(yīng)用場景

　　毫米波雷達(dá)具有眾多優(yōu)點(diǎn)，是 ADAS 核心傳感器。毫米波的波長介于厘米波和光波之間，因此毫米波兼有微波制導(dǎo)和光電制導(dǎo)的優(yōu)點(diǎn)： 1)同厘米波導(dǎo)引頭相比， 毫米波導(dǎo)引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn); 2)與紅外、激光等光學(xué)導(dǎo)引頭相比， 毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，傳輸距離遠(yuǎn)，具有全天候全天時(shí)的特點(diǎn); 3) 性能穩(wěn)定，不受目標(biāo)物體形狀、顏色等干擾。 毫米波雷達(dá)很好的彌補(bǔ)了如紅外、激光、超聲波、攝像頭等其他傳感器在車載應(yīng)用中所不具備的使用場景。

　　毫米波雷達(dá)探測距離遠(yuǎn)，精度高，是 ACC、 AEB 首選傳感器。 毫米波雷達(dá)的探測距離一般在 150m-250m 之間，有的高性能毫米波雷達(dá)探測距離甚至能達(dá)到 300m，可以滿足汽車在高速運(yùn)動時(shí)探測較大范圍的需求。另外，毫米波因波長較短，彌散程度低，聚焦性好，因此毫米波雷達(dá)的探測精度較高。這些特性使得毫米波雷達(dá)能夠監(jiān)測到大范圍內(nèi)車輛的運(yùn)行情況，同時(shí)對于前方車輛的速度、加速度、距離等信息的探測也更加精準(zhǔn)，因此是 ACC、AEB 的首選傳感器。毫米波雷達(dá)可用頻帶有 24GHz、 60~61GHz、 76~79GHz，目前比較主流的是 24GHz 和76~77GHz， 60~61GHz 只有日本使用。 一般 24GHz 用于短/中距， 76~79GHz 用于中/長距，頻率越高，波長越短，測距測速的精度就越高。頻帶發(fā)展的趨勢是從低頻向高頻過渡： 1)歐盟： 1997 年，歐洲電訊標(biāo)準(zhǔn)學(xué)會確認(rèn) 76-77GHz 作為防撞雷達(dá)專用頻道; 2)美國： 24GHz 和76~77GHz 兩個(gè)頻帶均可用; 3)日本：先選用了 60~61GHz，后又轉(zhuǎn)入76~77GHz 頻帶; 4)日內(nèi)瓦 2015 年世界無線電通信大會， 77.5~78.0GHz 劃分給無線電定位業(yè)務(wù)，以支持短距離高分辨率車載雷達(dá)的發(fā)展; 5)中國： 2005 年，原信息產(chǎn)業(yè)部《微功率(短距離)無線電設(shè)備的技術(shù)要求》，77GHz 劃分給車輛測距雷達(dá)。

　　毫米波雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)主要由國外電子公司掌控。毫米波雷達(dá)系統(tǒng)主要包括天線、收發(fā)模塊、信號處理模塊，而 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)芯片和天線 PCB 板(Printed Circuit Board)是毫米波雷達(dá)的硬件核心。目前毫米波雷達(dá)關(guān)鍵技術(shù)主要被 Bosch、Continental、 Denso、 Autoliv 等零部件巨頭壟斷，特別是 77GHz 產(chǎn)品技術(shù)只有 Bosch、Continental、Denso、Delphi 等少數(shù)幾家公司掌握。Bosch 的所有的車載雷達(dá)都采用 77GHz的頻率，預(yù)計(jì) 2016 年將出產(chǎn)第一千萬個(gè) 77GHz 毫米波雷達(dá)。 Continental 的雷達(dá)產(chǎn)品較全面，其中主力產(chǎn)品是 24GHz。

　　2015 年全球車載毫米波雷達(dá)主要供應(yīng)商及市場份額(單位： %)

　　低成本 CMOS 解決方案有望加快市場開啟。 目前 77GHz 毫米波雷達(dá)系統(tǒng)單價(jià)大約在 250歐元左右，高昂的價(jià)格限制了毫米波雷達(dá)的車載化應(yīng)用。毫米波雷達(dá)的收發(fā)器芯片普遍使用 SiGe 雙極型晶體管等特殊半導(dǎo)體，但是隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)步，被廣泛用于數(shù)字電路且成本相對較低的 CMOS，也可被用于毫米波電路。CMOS 與傳統(tǒng) SiGe 雙極型晶體管相比，由于在低電壓條件下也可運(yùn)行，因此可降低耗電量。雖然 CMOS 存在低頻區(qū)噪聲偏大的問題，但兩者在毫米波區(qū)域(76-81GHz)具有大致同等的性能，未來車載毫米波雷達(dá)主流頻段是 77-79GHz，因此 CMOS 低頻區(qū)噪聲大的問題并不太突出。 由于目前全球CMOS 產(chǎn)業(yè)鏈已較為成熟，可大批量生產(chǎn)，未來若能用 CMOS 替代 SiGe 雙極型晶體管，毫米波雷達(dá)的成本有望顯著下降，市場也有望加快開啟。

　　兩種毫米波雷達(dá)收發(fā)器芯片工藝技術(shù)比較

　　目前 Fujitsu 研究所已成功研發(fā)出采用 CMOS 工藝的 4 通道接收芯片。 Fujitsu 研發(fā)的此款產(chǎn)品不僅與現(xiàn)行 SiGe 產(chǎn)品具有同等的高頻功能，還成功解決了低頻區(qū)噪聲問題。而新的 CMOS 芯片比傳統(tǒng)的 SiGe 芯片降低了一半左右的電耗，還可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)和低成本化。Fujitsu 預(yù)計(jì) 2018 年左右，該產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)化，采用該技術(shù)的毫米波雷達(dá)的成本也有望大幅降低。低成本化有望加快引爆車載毫米波雷達(dá)市場。