毫米波雷達(dá)：唯一能夠“全天候全天時(shí)”工作的ADAS核心傳感器

　　目前，各大國的車載雷達(dá)頻段主要集中在在24GHz、60GHz和77GHz這3個(gè)頻段，如表1展示了主要國家車載雷達(dá)頻率劃分情況。其中，24GHz的波長是1.25cm(雖然24GHz的波長是1.25cm，但是目前業(yè)界也依然將其稱之為毫米波)，60GHz是5mm，77GHz的波長則更短，只有3.9mm。正如前面所說，頻率越高波長越短，分辨率、精準(zhǔn)度就越高。所以，精度更高的77GHz雷達(dá)正努力成為汽車領(lǐng)域主流傳感器。

　　表1 主要國家車載雷達(dá)頻率劃分情況

　　毫米波雷達(dá)的產(chǎn)業(yè)布局

　　美國、歐洲和日本在車載雷達(dá)技術(shù)研究方面處于領(lǐng)先地位?，F(xiàn)在越來越多的公司和供應(yīng)商投入到汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)研制、器件開發(fā)和算法研究當(dāng)中。從毫米波雷達(dá)的產(chǎn)業(yè)布局來看，系統(tǒng)目前是被海外的巨頭控制著，例如大陸(Continental)、博世(Bosch)、海拉(Hella)、德爾福(Delphi)、奧托立夫(Autoliv)等，核心元器件也主要被英飛凌(Infineon)、德州儀器(TI)、意法半導(dǎo)體(ST)、亞德諾半導(dǎo)體(ADI)等壟斷。相比于國外企業(yè)，車載毫米波雷達(dá)在國內(nèi)仍屬于起步階段。在24GHz雷達(dá)方面，國內(nèi)少數(shù)企業(yè)研發(fā)已有成果，市場化產(chǎn)品即將問世;但在77GHz毫米波雷達(dá)方面仍屬于初級(jí)階段，國內(nèi)只有極少數(shù)企業(yè)能做到77GHz雷達(dá)的樣機(jī)階段，產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍待突破。不過，近些年國內(nèi)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)廠商逐漸增長，比如行易道科技、華域汽車、隼眼科技、智波科技、森思泰克、豪米波技術(shù)、意行半導(dǎo)體、清能華波、矽杰微電子、加特蘭微電子等，并實(shí)現(xiàn)了部分核心技術(shù)的突破，相信打破國外企業(yè)壟斷的局面指日可待!

　　圖4 全球毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈全景圖

　　毫米波雷達(dá)的測距與測速原理

　　雷達(dá)，是英文RADAR的音譯，源于Radio Detection and Ranging的縮寫，意思為“無線電探測和測距”，即用無線電的方法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測定它們的空間位置，這也揭示了雷達(dá)最重要任務(wù)就是檢測與目標(biāo)物體的距離、速度和方向。

　　毫米波雷達(dá)測距原理很簡單，就是把無線電波(毫米波)發(fā)出去，然后接收回波，根據(jù)收發(fā)的時(shí)間差測得目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)和相對距離。根據(jù)電磁波的傳播速度，可以確定目標(biāo)的距離公式為：s=ct/2，其中s為目標(biāo)距離，t為電磁波從雷達(dá)發(fā)射出去到接收到目標(biāo)回波的時(shí)間，c為光速。

　　毫米波雷達(dá)測速是基于多普勒效應(yīng)(Doppler Effect)原理。所謂多普勒效應(yīng)就是，當(dāng)聲音、光和無線電波等振動(dòng)源與觀測者以相對速度v運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測者所收到的振動(dòng)頻率與振動(dòng)源所發(fā)出的頻率有不同。因?yàn)檫@一現(xiàn)象是奧地利科學(xué)家多普勒最早發(fā)現(xiàn)的，所以稱之為多普勒效應(yīng)。也就是說，當(dāng)發(fā)射的電磁波和被探測目標(biāo)有相對移動(dòng)，回波的頻率會(huì)和發(fā)射波的頻率不同。當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時(shí)，反射信號(hào)頻率將高于發(fā)射信號(hào)頻率;反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時(shí)，反射信號(hào)頻率將低于發(fā)射信號(hào)頻率，如圖5。由多普勒效應(yīng)所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對速度v成正比，與振動(dòng)的頻率成反比。如此，通過檢測這個(gè)頻率差，可以測得目標(biāo)相對于雷達(dá)的移動(dòng)速度，也就是目標(biāo)與雷達(dá)的相對速度。根據(jù)發(fā)射脈沖和接收的時(shí)間差，可以測出目標(biāo)的距離。

　　圖5 多普勒效應(yīng)

　　毫米波雷達(dá)在汽車ADAS中的主要應(yīng)用

　　對于車輛安全來說，最主要的判斷依據(jù)就是兩車之間的相對距離和相對速度信息，特別車輛在高速行駛中，如果兩車的距離過近，是容易導(dǎo)致追尾事故。憑借出色的測距測速能力，毫米波雷達(dá)被廣泛地應(yīng)用在自適應(yīng)巡航控制(ACC)、前向防撞報(bào)警(FCW)、盲點(diǎn)檢測(BSD)、輔助停車(PA)、輔助變道(LCA)等汽車ADAS中。