什么是毫米波雷達(dá)？

毫米波是指波長(zhǎng)在1-10mm之間的電磁波。波長(zhǎng)短，頻帶寬。實(shí)現(xiàn)窄波束相對(duì)容易，雷達(dá)分辨率高，不易受干擾。毫米波雷達(dá)是測(cè)量被測(cè)物體的相對(duì)距離、當(dāng)前速度和方位的高精度傳感器，早期用于軍事領(lǐng)域，隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，毫米波雷達(dá)傳感器開始應(yīng)用于汽車電子和無(wú)人機(jī) 、智能交通等領(lǐng)域。
目前各國(guó)對(duì)車載毫米波雷達(dá)分配的頻段各有不同，但主要集中在24GHz和77GHz，少數(shù)國(guó)家（如日本）采用60GHz頻段。由于77G相對(duì)于24G的諸多優(yōu)勢(shì)，未來(lái)全球車載毫米波雷達(dá)頻段會(huì)趨同于77GHz頻段（76-81GHz）。

車載毫米波雷達(dá)原理

車載毫米波雷達(dá)通過天線向外發(fā)射毫米波，接收來(lái)自目標(biāo)的反射信號(hào)，經(jīng)過后方的處理后快速準(zhǔn)確地獲取車身周圍的物理環(huán)境信息（如汽車與其他物體之間相對(duì)距離、相對(duì)速度、角度、運(yùn)動(dòng)方向等），然后根據(jù)檢測(cè)到的物體信息進(jìn)行目標(biāo)追蹤和識(shí)別分類，再結(jié)合車身動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最后通過中央處理器（ECU）進(jìn)行智能處理。經(jīng)過合理決策后，通過聲、光、觸覺等多種方式進(jìn)行通知或警告駕駛員，或及時(shí)對(duì)汽車做出主動(dòng)干預(yù)，以保證駕駛過程的安全性和舒適性，降低事故發(fā)生的概率。

根據(jù)輻射電磁波的方式不同，毫米波雷達(dá)主要有脈沖制和連續(xù)波制兩種工作制。其中，連續(xù)波又可分為FSK（頻移鍵控）、PSK（相移鍵控）、CW（恒頻連續(xù)波）、FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）等方式。

由于能夠測(cè)量多目標(biāo)、分辨率高、信號(hào)處理復(fù)雜度低、成本低、技術(shù)成熟，F(xiàn)WCW雷達(dá)已成為最常用的車載毫米波雷達(dá)。FMCW雷達(dá)系統(tǒng)主要包括收發(fā)天線、射頻前端、調(diào)制信號(hào)、信號(hào)處理模塊等。毫米波雷達(dá)通過對(duì)接收信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的相關(guān)處理實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的探測(cè)距離、方位、相對(duì)速度等。

毫米波雷達(dá)發(fā)展現(xiàn)狀

目前毫米波雷達(dá)主要有24GHz和77GHz兩種。 24GHz雷達(dá)測(cè)量距離短（5-30m），主要用于汽車后方； 77GHz雷達(dá)測(cè)量距離比較長(zhǎng)（30-70m），主要用于汽車前部和側(cè)面。毫米波雷達(dá)主要包括雷達(dá)射頻前端、信號(hào)處理系統(tǒng)、后端算法三部分。在現(xiàn)有產(chǎn)品中，雷達(dá)后端算法的專利授權(quán)費(fèi)約占成本的50%，射頻前端約占成本的40%，信號(hào)處理系統(tǒng)約占10%的成本。

1、射頻前端通過發(fā)射和接收毫米波獲得中頻信號(hào)，并從中提取距離、速度等信息。因此，射頻前端直接決定了雷達(dá)系統(tǒng)的性能。目前毫米波雷達(dá)的射頻前端主要是平面集成電路，有混合微波集成電路（HMIC）和單片微波集成電路（MMIC）兩種形式。其中，MMIC形式的RF前端成本低，良率高，適合量產(chǎn)。在生產(chǎn)工藝上，一般采用外延MESFET、HEMT、HBT等器件工藝。其中GaAs基的HEMT工藝最為成熟，噪聲性能優(yōu)異。

2、信號(hào)處理系統(tǒng)也是雷達(dá)的重要組成部分。通過嵌入不同的信號(hào)處理算法，提取從射頻前端采集的中頻信號(hào)，獲得特定類型的目標(biāo)信息。信號(hào)處理系統(tǒng)一般以DSP為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理算法滿足雷達(dá)實(shí)時(shí)性要求。

3. 后端算法在整個(gè)毫米波雷達(dá)成本中占比最高。對(duì)于毫米波雷達(dá)，國(guó)內(nèi)研究人員從頻域、時(shí)域、時(shí)頻分析等多個(gè)角度提出了大量算法，離線實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確率也很高。然而國(guó)內(nèi)的雷達(dá)產(chǎn)品主要采用基于頻域的快速傅里葉變換及其改進(jìn)算法進(jìn)行分析。測(cè)量精度和適用范圍有一定的局限性，而國(guó)外算法受專利嚴(yán)格保護(hù)，價(jià)格昂貴。

1、毫米波雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛多種功能。 ADAS使用的傳感器主要有攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光、超聲波、紅外等，毫米波雷達(dá)傳輸距離遠(yuǎn)，傳輸窗口內(nèi)大氣衰減和損耗小，穿透力強(qiáng)。能滿足車輛對(duì)全天候氣候的適應(yīng)性要求。毫米波本身的特性決定了毫米波雷達(dá)傳感器器件尺寸小、重量輕等特性。彌補(bǔ)了攝像頭、激光、超聲波、紅外等傳感器在車載應(yīng)用中所不具備的使用場(chǎng)景。

在汽車上安裝毫米波雷達(dá)，可以測(cè)量從雷達(dá)到被測(cè)物體之間的距離、角度和相對(duì)速度等。毫米波雷達(dá)可用于實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制（AdaptiveCruiseControl）、前向防碰撞警告（ForwardCollisionWarning）、盲點(diǎn)檢測(cè)（BlindSpotDetection）、輔助泊車（Parkingaid）、輔助變道（Lanechangeassistant）、自動(dòng)巡航控制（ACC）和其他高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 功能。更常見的汽車毫米波雷達(dá)工作在 24GHz 和 77GH 左右的頻率。 24GHz雷達(dá)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)短距離探測(cè)（SRR），而77GHz系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程探測(cè)（LRR）。

2、毫米波雷達(dá)市場(chǎng)空間廣闊。由于國(guó)家汽車安全標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，致使主動(dòng)安全技術(shù)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）近年來(lái)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢(shì)。汽車毫米波雷達(dá)因其可全天候工作，已成為汽車電子廠商公認(rèn)的主流選擇，擁有巨大的市場(chǎng)需求。 2014年全球汽車毫米波雷達(dá)市場(chǎng)出貨量為1900萬(wàn)個(gè)。據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，到2020年全球汽車毫米波雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到近7000萬(wàn)個(gè)，2015-2020年年均復(fù)合增速約為24 %。

由于毫米波收發(fā)信號(hào)的頻率為24GHz和77GHz，雷達(dá)PCB高頻電路包括時(shí)鐘、信號(hào)調(diào)制、功放、濾波器、天線等部分，對(duì)PCB板和制造工藝有較高的要求。因此，汽車?yán)走_(dá)線路板將帶來(lái)更高的價(jià)值。 高頻PCB通常需要填充 PTFE 的陶瓷和玻璃材料才能滿足高于 77GHz 的設(shè)計(jì)要求。