推动ADAS技术演进，不可或缺的毫米波雷达

（文/周凯扬）随着国家政策和多款L3级别车型的推出，2020年到2030年将成为中国自动驾驶的“黄金十年”，而实现这一愿景少不了车载的高级驾驶辅助系统（ADAS）。ADAS包含自适应导航、自动泊车、盲点监测等功能，所用到的组件有激光雷达、毫米波雷达、摄像头和导航系统。
 
市面上的ADAS系统主要分为雷达和摄像头组成的视觉主导系统，还有激光雷达主导的系统，但这两种系统都离不开关键的毫米波雷达。电子发烧友采访了NXP大中华区汽车电子首席系统架构师黄明达，以及加特兰微电子市场总监刘洪泉，由两位该领域的权威人士解析毫米波雷达的现状与未来。
 
2019年，中国在乘用车上装配了517万颗毫米波雷达，同比增长了44.37%。由于其更高的适用性，市场渗透率也高于激光雷达和超声波雷达。恩智浦的黄明达博士表示，毫米波雷达目前同样处于快速增长期，预计全球范围从2017到2025年的复合年均增长率超过25%，国内甚至会高至30%以上。加特兰微电子市场总监刘洪泉认为这几年来自动驾驶市场属于从0到1的阶段，而对于ADAS来说确实是一个快速增长的窗口，从去年开始，像国外的Waymo，国内的文远知行等，都开始了Robotaxi的试运营。
 

不同ADAS传感器的优劣

从已经面世乃至量产的车型上来看，既有忠于毫米波雷达+摄像头的派系，比如特斯拉等，也有以激光雷达为主导的派系，比如Waymo等。虽说这两大派系多少都在其方案中加入了毫米波雷达，但与激光雷达相比，两者间究竟有何差距呢？
 

不同ADAS传感器的性能对比

 
黄明达博士提到，毫米波雷达的主要优势在于全天候性，所以在L1到L5级别的ADAS/AD系统中都将占有重要的位置。在现阶段L1/L2级别的ADAS系统中，主要是毫米波雷达和摄像头组成，毫米波雷达能探测目标的距离速度和角度，而摄像头则可以识别交通信号、车道线，对场景进行语义分割，两者结合在一起可以实现比较稳定的目标检测、跟踪与分类。从车本、车规认证、适用性方面都能满足L2+级别ADAS的系统需求。而激光雷达由于极高的角度分辨率，在自定位和地图构建方面都具有较大优势，所以在L3以上的自动驾驶这两个有可能会跟毫米波雷达，摄像头，超声波雷达等传感器组成互为冗余的系统。但激光雷达在车规认证和车本上仍面临着不小挑战。

NXP大中华区汽车电子首席系统架构师 黄明达
 

毫米波雷达有不少参数，其中最直观的莫过于它的探测距离。那么在目前L1/L2级别的ADAS系统要求，探测距离又需要做到多少呢？刘洪泉为此问题作出了剖析，对于常用于盲区检测（BSD）和变道辅助（LCA）等功能的后角雷达来说，最远探测距离的要求不高，比如对于LCA应用，只需做到70米就足够了。而前向雷达则需要比较大的探测距离，在目前较为先进的前向毫米波雷达上，最远探测距离已经做到了250米以上。而最小探测距离的要求因应用场景而异。

加特兰微电子市场总监 刘洪泉

 
但两位受访者也都提到了探测距离并不是确定毫米波雷达性能的唯一参数。黄明达表示，在更高级别的自动驾驶上，距离分辨率、探测速度范围及分辨率、探测张角及分辨率等也都将在要求上有进一步的提高。
 

24GHz vs 77GHz 频段之争

 
目前在ADAS应用场景中，常用的毫米波雷达频段分为24GHz与77GHz两种。究竟哪一频段会是未来发展的方向呢？
 
国内市面上早已涌现了不少24GHz频段的毫米波雷达产品，但是由于欧洲电信标准化协会(ETSI)和联邦通信委员会(FCC)制定的频谱规则和标准，24GHz UWB频段（21.65-26.65GHz）将很快被逐步淘汰。2022年1月1日以后，UWB频段将无法在欧洲和美国使用，只有窄带ISM频段（24-24.25GHz）可以长期使用。

不同频率下的波长

 
因此大部分厂商都在将开发重心转向77GHz，2019年国内77GHz毫米波雷达装配率也同比增长了69.3%。黄明达解释道，从雷达的基本原理上来看，77GHz比24GHz波长小，可用带宽大，77GHz雷达在距离速度和角度3个方面的分辨率都比24GHz有很大的提高。这种性能的提升可以满足各国家和地区的新车碰撞测试（NCAP）要求的不断提升，例如从简单的AEB功能，到弱光条件下的行人AEB，再到能够规避转向的AEB的演进。而恩智浦在半导体工艺上也实现了从SiGe到RFCMOS的转变，保证性能的同时也极大降低了成本和功耗，加之信号处理芯片的性能提升，77GHz毫米波雷达的成本也下探到了普通汽车可以接受的程度。
 
而随着毫米波雷达装配率的上升，相同频段雷达的互相干扰也就成了ADAS系统设计上的挑战之一。许多雷达供应商和OEM开始在算法和硬件上加入了抗干扰的改进。
 

与车联网技术的结合互补

在实现自动驾驶的道路上，车联网也是其中不可或缺的一部分。而中国推动的车联网是以4G/5G等蜂窝通信技术为核心的C-V2X，那么毫米波雷达该如何与该技术融合呢？
 
在此问题上，加特兰微电子的刘洪泉认为，如今装配的毫米波雷达大多还是独立运行的，但V2X等车联网技术确实是自动驾驶未来的方向。通过车与车之间的信息交换，单个车辆ADAS所获取的“视野”是被扩大了的。恩智浦的黄明达也补充了一个此类“非视距”范围内的应用场景：正在出任务的救护车，通过V2X可以将该信息传递给远处十字路口各个方向的测量，让它们提前准备避让。由此可见，V2X车联网技术会与毫米波雷达等传感器互补，从而实现更高级别的自动驾驶。
 
随着对ADAS性能要求的不断提高，车载传感器的数量也一并在增加。索尼在今年CES上展出的Vision-S概念车中装载了33个传感器，包括激光雷达、毫米波雷达和超声波雷达等。而最近发布的小鹏P7，也配备了13个摄像头、5个毫米波雷达、12个超声波雷达。那么未来趋势是在ADAS系统上加入更多的毫米波雷达吗？

不同级别的自动驾驶中所用到的传感器数量 / NXP

 
两位受访人都认为在更高级别的自动驾驶上，毫米波雷达的数量和性能都会进一步提升。刘洪泉认为，不同于机械式的雷达，为了覆盖360°的探测范围，毫米波雷达数量是必定会持续增加的。而L3级别上的自动驾驶中，一些传统的传感器也可能被毫米波雷达所替代。

疫情后的市场走势

而在全球汽车生产受到疫情影响的同时，两位受访人也对毫米波雷达市场的趋势给出了自己的判断。黄明达博士认为，随着各国的新车碰撞测试（NCAP）等政策法规的不断实施和加强，整体来看毫米波雷达的市场渗透率还是会持续提高。有机构预测表示带有L1/L2级别ADAS的新车上险量会从2020年初的10%+增加到年末的25%+。另外，从长远来看，因为毫米波雷达可以应用于L1-L5各个级别的自动驾驶系统，是其不可或缺的一部分，随着自动驾驶的不断演进和系统要求的提升，对毫米波雷达的需求量也会持续提升。
 
刘洪泉认为，国内汽车市场已经开始强势反弹，环比有非常大的上升。毫米波雷达的客户并没有因此受到太大影响，虽然汽车销量有一定下滑，但随着毫米波雷达装配量的提高，此消彼长之下，整体还是呈现一个良好的上升趋势。
 
国家发改委在今年2月28日，联合11个国家部委发布了《智能汽车创新发展战略》，其中给出了2025年实现有条件智能汽车规模化生产，2035中国标准智能汽车体系全面建成的愿景。在这段期间内，作为与自动驾驶紧密相连的一环，毫米波雷达市场也必将借势实现快速增长，推动智能汽车产业的迅速落地。