摘要：從毫米波雷達(dá)技術(shù)和汽車自動(dòng)駕駛的現(xiàn)狀出發(fā)，總結(jié)了毫米波雷達(dá)在汽車自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用現(xiàn)狀，展望了發(fā)展趨勢(shì)，分析了關(guān)鍵技術(shù)，以期為該行業(yè)相關(guān)人員提供參考。

　　關(guān)鍵詞：汽車自動(dòng)駕駛;毫米波雷達(dá);應(yīng)用現(xiàn)狀;關(guān)鍵技術(shù)

　　一、引言

　　毫米波雷達(dá)原理是利用雷達(dá)天線由發(fā)射機(jī)發(fā)射電磁波，采用障礙物反射再由接收機(jī)接收的工作原理，根據(jù)收發(fā)之間的時(shí)間差測(cè)得目標(biāo)位置數(shù)據(jù)。毫米波雷達(dá)研制開(kāi)始于20世紀(jì)40年代，而實(shí)際的應(yīng)用在20世紀(jì)50年代才開(kāi)始展現(xiàn)。進(jìn)入21世紀(jì)后，得益于MMIC、DSP芯片及MCU技術(shù)的快速發(fā)展，毫米波雷達(dá)在民用領(lǐng)域的應(yīng)用才開(kāi)始逐步顯現(xiàn)。由于其窄波束、小孔徑天線及高天線增益等特性，使其具備了精度高、識(shí)別力強(qiáng)、全天候、全天時(shí)及抗干擾等諸多優(yōu)勢(shì)，成為了目標(biāo)識(shí)別、測(cè)量、定位不可或缺的重要手段。

　　汽車自動(dòng)駕駛技術(shù)是利用傳感器包括攝像頭、雷達(dá)和超聲波來(lái)感知周邊交通情況，輔以地圖路線規(guī)劃，通過(guò)人工智能決策實(shí)現(xiàn)車輛自動(dòng)駕駛。目前環(huán)境感知、精準(zhǔn)定位、高精地圖及測(cè)試驗(yàn)證技術(shù)己步入高速發(fā)展時(shí)期，綜合技術(shù)整體處于L2到L3的轉(zhuǎn)變階段，即部分自動(dòng)駕駛到有條件自動(dòng)駕駛的轉(zhuǎn)變階段。由于決策規(guī)劃及控制執(zhí)行屬于人工智能范疇且發(fā)展剛起步，隨著信息化水平、計(jì)算機(jī)能力、SG技術(shù)的提升，人工智能將助推自動(dòng)駕駛從L3跨越到L4、L5，預(yù)計(jì)在2025～2030年全面實(shí)現(xiàn)汽車全自動(dòng)駕駛。

　　本文將對(duì)毫米波雷達(dá)在汽車自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用情況進(jìn)行總結(jié)和分析，并給出關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展趨勢(shì)。

　　二、毫米波雷達(dá)和汽車自動(dòng)駕駛的現(xiàn)狀

　　(一)毫米波雷達(dá)

　　毫米波雷達(dá)系統(tǒng)核心包括天線、前端收發(fā)組件、數(shù)字信號(hào)處理器。

　　1.天線

　　目前毫米波雷達(dá)天線的主流方案是微帶陣列，設(shè)計(jì)集成在PCB板的微帶貼片天線。由于毫米波的波長(zhǎng)較短，電路極易發(fā)射色散和產(chǎn)生高次模，而且基板材料的介電常數(shù)和損耗隨頻率的增加也變化非常明顯，因此需要介電常數(shù)穩(wěn)定、損耗特性低等高性能的高頻PCB基材，目前雷達(dá)天線PCB技術(shù)由國(guó)外少數(shù)公司掌握，國(guó)內(nèi)高頻PCB板廠商暫無(wú)技術(shù)儲(chǔ)備，只能根據(jù)圖紙代加工，仍需國(guó)外進(jìn)口

　　2.前端收發(fā)組件

　　前端收發(fā)組件目前集成的主要方法是MMIC，MMIC簡(jiǎn)化了雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，集成度高、成本低且成品率高，適合于大規(guī)模生產(chǎn)。基于CMOS工藝的MMIC芯片為行業(yè)主流方案，可實(shí)現(xiàn)高的集成度，降低系統(tǒng)尺寸、功率和成本，還能嵌入更多的功能。雖然CMOS工藝面臨速度和低頻噪聲等問(wèn)題，隨著深亞微米和納米工藝的不斷發(fā)展，硅基工藝特征尺寸不斷減小，柵長(zhǎng)的縮短彌補(bǔ)了電子遷移率的不足，使晶體管截止頻率和最大振蕩頻率不斷提高，使得CMOS工藝在毫米波雷達(dá)應(yīng)用方面不斷地取得突破。目前MMIC技術(shù)主要由國(guó)外半導(dǎo)體公司掌控，隨著近些年國(guó)內(nèi)廠商逐漸增長(zhǎng)，部分關(guān)鍵技術(shù)己取得了突破。

　　3.數(shù)字信號(hào)處理器

　　數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)主要通過(guò)DSP芯片或FPGA芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，DSP適用于較復(fù)雜得多算法任務(wù)，而FPGA通過(guò)較大規(guī)模的組合邏輯電路設(shè)計(jì)完成復(fù)雜的時(shí)序邏輯功能。在雷達(dá)信號(hào)處理、數(shù)字圖像處理等領(lǐng)域中，信號(hào)處理的實(shí)時(shí)性至關(guān)重要。由于FPGA芯片在大數(shù)據(jù)量的底層算法處理上的優(yōu)勢(shì)及DSP芯片在復(fù)雜算法處理上的優(yōu)勢(shì)，融合DSP+FPGA的實(shí)時(shí)信號(hào)處理系統(tǒng)的應(yīng)用是發(fā)展趨勢(shì)。目前高端DSP芯片和FPGA芯片主要被國(guó)外企業(yè)壟斷，國(guó)內(nèi)技術(shù)實(shí)力欠缺。

　　(二)汽車自動(dòng)駕駛

　　近年來(lái)，眾多車商紛紛推出了各自的自動(dòng)駕駛解決方案，希望在商業(yè)藍(lán)海中搏殺出一片天地，Waymo.特斯拉作為行業(yè)引領(lǐng)者，其發(fā)展布局萬(wàn)眾矚目。谷歌旗下子公司W(wǎng)aymo;早在2009年就開(kāi)始布局全自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，歷經(jīng)十年的探索發(fā)展，目前已成為汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域中技術(shù)最為成熟的企業(yè)，其下的Waymo～車型于2018年在美國(guó)鳳凰城郊區(qū)投入運(yùn)營(yíng)，提供全自動(dòng)無(wú)人駕駛出租車收費(fèi)服務(wù)，2019年7月Waymo獲得了美國(guó)加州監(jiān)管機(jī)構(gòu)許可，正式在加州開(kāi)展無(wú)人駕駛出租車運(yùn)營(yíng)，標(biāo)志著全自動(dòng)無(wú)人駕駛技術(shù)進(jìn)入了商業(yè)應(yīng)用階段。特斯拉作為自動(dòng)駕駛技術(shù)應(yīng)用于商業(yè)最為激進(jìn)的企業(yè)，2016年搭載Autopliot模塊的全系車型開(kāi)始量產(chǎn)，可為駕駛員提供全場(chǎng)景、全路況自動(dòng)駕駛應(yīng)用，無(wú)論在城市、鄉(xiāng)村、高速公路，均可實(shí)現(xiàn)車輛完全自動(dòng)駕駛(LS)，成為了最早實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景、全路況無(wú)人駕駛的汽車制造商。

　　三、毫米波雷達(dá)在汽車自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用及趨勢(shì)

　　(一)毫米波雷達(dá)在汽車自動(dòng)駕駛中的應(yīng)用現(xiàn)狀

　　汽車自動(dòng)駕駛過(guò)程需要環(huán)境感知傳感器為決策執(zhí)行提供依據(jù)，目前主流的環(huán)境感知傳感器包含視覺(jué)攝像頭、毫米波雷達(dá)、聲波雷達(dá)及激光雷達(dá)等，由于毫米波雷達(dá)受惡劣天氣及光線影響較少，可以穿透雨雪、濃霧、塵霾進(jìn)行全天候、全天時(shí)工作，使之成為必不可少的環(huán)境感知傳感器。

　　毫米波車載雷達(dá)通常指工作在30300GHz頻域的雷達(dá)，目前主要用于L1階段，提供前車防撞預(yù)警、自適應(yīng)巡航控制、變道輔助及盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)等輔助駕駛功能，頻段主要有24GHz和77G1z兩種，技術(shù)及應(yīng)用已相當(dāng)成熟;在L2～L5階段，毫米波雷達(dá)輔助攝

　　作者簡(jiǎn)介：陸葉(1982-)，男，四川成都人，碩士，工程師，主要從事電子信息管控等相關(guān)市場(chǎng)工作。像頭、激光雷達(dá)等進(jìn)行探測(cè)補(bǔ)充，為車輛自動(dòng)駕駛決策提供環(huán)境數(shù)據(jù)，技術(shù)及應(yīng)用也逐步成熟。

　　作為汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)軍的Waymo及特斯拉就采用了兩種不同的方案，Waymo使用激光雷達(dá)為主(5個(gè)激光雷達(dá)+4個(gè)毫米波雷達(dá)+1個(gè)攝像頭)，而特斯拉則使用視頻攝像頭為主(8個(gè)攝像頭+1個(gè)毫米波雷達(dá)+12個(gè)超聲波雷達(dá))。由此可見(jiàn)，毫米波雷達(dá)由于其不可替代性及成本可控，已成為自動(dòng)駕駛解決方案中必不可少的傳感器，其作用主要是輔助探測(cè)，與其他傳感器互補(bǔ)，暫無(wú)法撼動(dòng)視覺(jué)攝像頭或激光雷達(dá)核心傳感器地位，如果未來(lái)毫米波雷達(dá)要在汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域得到更好的應(yīng)用，還需要解決分辨率及成像等難題。

　　推薦閱讀：汽車修理高級(jí)技師怎么發(fā)表論文