推動ADAS技術演進，不可或缺的毫米波雷達

（文/周凱揚）隨著國家政策和多款L3級別車型的推出，2020年到2030年將成為中國自動駕駛的“黃金十年”，而實現這一愿景少不了車載的高級駕駛輔助系統（ADAS）。ADAS包含自適應導航、自動泊車、盲點監測等功能，所用到的組件有激光雷達、毫米波雷達、攝像頭和導航系統。
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市面上的ADAS系統主要分為雷達和攝像頭組成的視覺主導系統，還有激光雷達主導的系統，但這兩種系統都離不開關鍵的毫米波雷達。電子發燒友采訪了NXP大中華區汽車電子首席系統架構師黃明達，以及加特蘭微電子市場總監劉洪泉，由兩位該領域的權威人士解析毫米波雷達的現狀與未來。
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2019年，中國在乘用車上裝配了517萬顆毫米波雷達，同比增長了44.37%。由于其更高的適用性，市場滲透率也高于激光雷達和超聲波雷達。恩智浦的黃明達博士表示，毫米波雷達目前同樣處于快速增長期，預計全球范圍從2017到2025年的復合年均增長率超過25%，國內甚至會高至30%以上。加特蘭微電子市場總監劉洪泉認為這幾年來自動駕駛市場屬于從0到1的階段，而對于ADAS來說確實是一個快速增長的窗口，從去年開始，像國外的Waymo，國內的文遠知行等，都開始了Robotaxi的試運營。
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不同ADAS傳感器的優劣

從已經面世乃至量產的車型上來看，既有忠于毫米波雷達+攝像頭的派系，比如特斯拉等，也有以激光雷達為主導的派系，比如Waymo等。雖說這兩大派系多少都在其方案中加入了毫米波雷達，但與激光雷達相比，兩者間究竟有何差距呢？
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不同ADAS傳感器的性能對比

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黃明達博士提到，毫米波雷達的主要優勢在于全天候性，所以在L1到L5級別的ADAS/AD系統中都將占有重要的位置。在現階段L1/L2級別的ADAS系統中，主要是毫米波雷達和攝像頭組成，毫米波雷達能探測目標的距離速度和角度，而攝像頭則可以識別交通信號、車道線，對場景進行語義分割，兩者結合在一起可以實現比較穩定的目標檢測、跟蹤與分類。從車本、車規認證、適用性方面都能滿足L2+級別ADAS的系統需求。而激光雷達由于極高的角度分辨率，在自定位和地圖構建方面都具有較大優勢，所以在L3以上的自動駕駛這兩個有可能會跟毫米波雷達，攝像頭，超聲波雷達等傳感器組成互為冗余的系統。但激光雷達在車規認證和車本上仍面臨著不小挑戰。

NXP大中華區汽車電子首席系統架構師 黃明達
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毫米波雷達有不少參數，其中最直觀的莫過于它的探測距離。那么在目前L1/L2級別的ADAS系統要求，探測距離又需要做到多少呢？劉洪泉為此問題作出了剖析，對于常用于盲區檢測（BSD）和變道輔助（LCA）等功能的后角雷達來說，最遠探測距離的要求不高，比如對于LCA應用，只需做到70米就足夠了。而前向雷達則需要比較大的探測距離，在目前較為先進的前向毫米波雷達上，最遠探測距離已經做到了250米以上。而最小探測距離的要求因應用場景而異。

加特蘭微電子市場總監 劉洪泉

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但兩位受訪者也都提到了探測距離并不是確定毫米波雷達性能的唯一參數。黃明達表示，在更高級別的自動駕駛上，距離分辨率、探測速度范圍及分辨率、探測張角及分辨率等也都將在要求上有進一步的提高。
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24GHz vs 77GHz 頻段之爭

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目前在ADAS應用場景中，常用的毫米波雷達頻段分為24GHz與77GHz兩種。究竟哪一頻段會是未來發展的方向呢？
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國內市面上早已涌現了不少24GHz頻段的毫米波雷達產品，但是由于歐洲電信標準化協會(ETSI)和聯邦通信委員會(FCC)制定的頻譜規則和標準，24GHz UWB頻段（21.65-26.65GHz）將很快被逐步淘汰。2022年1月1日以后，UWB頻段將無法在歐洲和美國使用，只有窄帶ISM頻段（24-24.25GHz）可以長期使用。

不同頻率下的波長

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因此大部分廠商都在將開發重心轉向77GHz，2019年國內77GHz毫米波雷達裝配率也同比增長了69.3%。黃明達解釋道，從雷達的基本原理上來看，77GHz比24GHz波長小，可用帶寬大，77GHz雷達在距離速度和角度3個方面的分辨率都比24GHz有很大的提高。這種性能的提升可以滿足各國家和地區的新車碰撞測試（NCAP）要求的不斷提升，例如從簡單的AEB功能，到弱光條件下的行人AEB，再到能夠規避轉向的AEB的演進。而恩智浦在半導體工藝上也實現了從SiGe到RFCMOS的轉變，保證性能的同時也極大降低了成本和功耗，加之信號處理芯片的性能提升，77GHz毫米波雷達的成本也下探到了普通汽車可以接受的程度。
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而隨著毫米波雷達裝配率的上升，相同頻段雷達的互相干擾也就成了ADAS系統設計上的挑戰之一。許多雷達供應商和OEM開始在算法和硬件上加入了抗干擾的改進。
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與車聯網技術的結合互補

在實現自動駕駛的道路上，車聯網也是其中不可或缺的一部分。而中國推動的車聯網是以4G/5G等蜂窩通信技術為核心的C-V2X，那么毫米波雷達該如何與該技術融合呢？
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在此問題上，加特蘭微電子的劉洪泉認為，如今裝配的毫米波雷達大多還是獨立運行的，但V2X等車聯網技術確實是自動駕駛未來的方向。通過車與車之間的信息交換，單個車輛ADAS所獲取的“視野”是被擴大了的。恩智浦的黃明達也補充了一個此類“非視距”范圍內的應用場景：正在出任務的救護車，通過V2X可以將該信息傳遞給遠處十字路口各個方向的測量，讓它們提前準備避讓。由此可見，V2X車聯網技術會與毫米波雷達等傳感器互補，從而實現更高級別的自動駕駛。
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隨著對ADAS性能要求的不斷提高，車載傳感器的數量也一并在增加。索尼在今年CES上展出的Vision-S概念車中裝載了33個傳感器，包括激光雷達、毫米波雷達和超聲波雷達等。而最近發布的小鵬P7，也配備了13個攝像頭、5個毫米波雷達、12個超聲波雷達。那么未來趨勢是在ADAS系統上加入更多的毫米波雷達嗎？

不同級別的自動駕駛中所用到的傳感器數量 / NXP

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兩位受訪人都認為在更高級別的自動駕駛上，毫米波雷達的數量和性能都會進一步提升。劉洪泉認為，不同于機械式的雷達，為了覆蓋360°的探測范圍，毫米波雷達數量是必定會持續增加的。而L3級別上的自動駕駛中，一些傳統的傳感器也可能被毫米波雷達所替代。

疫情后的市場走勢

而在全球汽車生產受到疫情影響的同時，兩位受訪人也對毫米波雷達市場的趨勢給出了自己的判斷。黃明達博士認為，隨著各國的新車碰撞測試（NCAP）等政策法規的不斷實施和加強，整體來看毫米波雷達的市場滲透率還是會持續提高。有機構預測表示帶有L1/L2級別ADAS的新車上險量會從2020年初的10%+增加到年末的25%+。另外，從長遠來看，因為毫米波雷達可以應用于L1-L5各個級別的自動駕駛系統，是其不可或缺的一部分，隨著自動駕駛的不斷演進和系統要求的提升，對毫米波雷達的需求量也會持續提升。
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劉洪泉認為，國內汽車市場已經開始強勢反彈，環比有非常大的上升。毫米波雷達的客戶并沒有因此受到太大影響，雖然汽車銷量有一定下滑，但隨著毫米波雷達裝配量的提高，此消彼長之下，整體還是呈現一個良好的上升趨勢。
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國家發改委在今年2月28日，聯合11個國家部委發布了《智能汽車創新發展戰略》，其中給出了2025年實現有條件智能汽車規?；a，2035中國標準智能汽車體系全面建成的愿景。在這段期間內，作為與自動駕駛緊密相連的一環，毫米波雷達市場也必將借勢實現快速增長，推動智能汽車產業的迅速落地。
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