汽车雷达新方向：SAR成像技术

智能网联大潮下，ADAS作为离现实最近的自动驾驶实现手段，备受行业关注。近日，“第三届智能汽车技术国际论坛暨创新展”集合诸多行业专家、学者针对此话题展开深入探讨，盖世汽车将论坛中部分演讲进行梳理，以飨以内。

北京行易道科技有限公司创始人&首席执行官赵捷 博士

以下内容为英飞凌科技股份公司汽车电子全球资深市场经理Mr.Kai Michael Konrad先生关于“汽车雷达新方向：SAR成像技术”的演讲实录：

今天下午我是最后一个做演讲的，我带来的新的话题是关于汽车雷达方面，叫SAR成像技术。我们是北京行易道科技有限公司，2014年成立，我们团队的背景以前在军用无人机的雷达，就是做SAR雷达出身的。所以今天我们从2015年开始做了自己的毫米波雷达，目前已经做出来第三代样机。我们公司在门外有展台，另外，我们自己把雷达撞在了自己的车上，大家可以试乘。下面我开始介绍一下我们的新方向，叫SAR雷达。

我今天的报告主要分四部分：第一，汽车毫米波雷达技术现状。第二，SAR应用。第三，行易道公司关于防撞和SAR成像现状。第四，我们公司的现状。

2015年，世界无线电通信大会，76至81GHZ频段作为车载雷达。今年3月份有一个新闻，美国20个车企会在2022年，100%的车企上安装AEB，我们预计中国会在2018年77G的装机率会达到井喷。毫米波雷达的技术现状是怎样的？这里面有四个关键词：1.77GHZ。2.FMCW。3.MIMO技术。4.MUSIC/ESPRIT算法。右边这个图是77G毫米波雷达的架构，可以看出在右边是雷达的前端，包括VCO、LPL，下面是收发部分，把电信波的高频信号转成数字信号ADDA进入MCU，MCU做了FFT之后，那么对于信号，对于汽车前方会检测出32个信号或者64个信号以及信号的相关信息（相对距离、相对速度）都可以检测出来，然后我们再把这些信息上传到应用层算法，形成了ADAS的功能。毫米波雷达的独特优势是不受天气影响，不受光线影响。我们做雷达的专业术语是全天时，全天候工作。还有就是距离分辨率和速度分辨率，这是雷达的特点，只要在雷达的作用距离内，它的距离分辨率和速度分辨率是恒定的，不会随着距离越远，分辨率越低。还有一个特点是随着全球的毫米波雷达使用量越来越高，成本会逐渐的下降。

我们前面讲到了雷达的工作特点，电磁波向前发射，然后回来目标信息，每一个目标信息回来的是点目标信息，回来的32个或者64个目标会在我的计算之后无差别的得到距离的量、速度的量、角度的量。但是我们知道在实际开车过程中，前方的目标不会没有差别，尤其是有人，或者是待人的自行车、摩托车，这样的目标会格外的危险。如何去分辨这些目标呢？这有一个识别的问题，能不能识别出来我的目标呢？这是我们目前用的MFC的体制雷达，解决办法有两个。第一个叫micro—doppler，它的特点是人在行走过程中，他的双腿在动，然后可以判断出来这是一个行人，仅此而已。如果是骑自行车或者骑摩托车，就检测不到了，所以具有一定的局限性。第二个解决方案是目前行业里面比较通用的，就是与camera融合技术。在夜间和天气恶劣的情况下，这个融合方案会失效。也就是说在恶劣的天气情况下，我们依然对前方的人或者有人的车辆，我们看不到或者说检测的分辨率还是不够。那么这时候，我们把刚才讲到的这几个问题提炼出来，这个问题是什么呢？也就是说在夜间和天气恶劣的情况下如何进行目标识别，同时还要有成本的控制。

所以这时候我们公司提出来了一个解决方案：汽车SAR成像。也就是说，一个移动的载体在移动过程中向目标收发电信波，在空气中进行虚拟阵列，然后在方向上形成了成像的高分辨率。第二，要有一个带宽比较宽的信号，这样可以形成距离向的分高度分辨率。这样可以在空间中实现高分辨率的二维或者三维成像。如果我们用这个技术，那么在以前的普通的毫米波雷达信号比范围内检测不到的，通过SAR技术可以检测到。因为它获得的是图像信息，可以知道目标的尺寸和信息。另外我们采用的技术是基于77GH芯片技术为工程化基础，它的一个优点是全天候的工作。

我们的方案是这样的，在雷达的前端有两部分的工作模式，一部分模式是之前讲到的FFMCW，是做预警和防撞的。第二部分是SAR成像，这两块共用雷达前端，他们把信号分别给后方的FCU来做信息处理，这个信息能够合在一起导出作为决策使用。再细化一下这个流程，就是说检测雷达的回波经过多普勒估计，看能不能实现对这些目标进行成像，成像这部分同时再输出到报警策略里面。大家可能有疑问，这个成像到底是为了什么？我们的成像目前的方案来说，成像不仅仅是为了成像，成像是为了报警。我们可以看出来，我的总的目标集合元素是来自于防撞报警这一部分，根据设备一部分的目标，比如说32或者是64个目标，我对这些目标进行筛选。前提是我检测出来了这些目标，肯定认为这些目标是相对危险的，把这些相对危险的目标着重的有策略的选择一部分成像，成像出来以后可以根据回来的目标的形状来判断它是人还是一个非人，或者是一个骑自行车的人等等。这样可以提高防撞的效率，这是我们目前的一个解决方案。

刚才讲了防撞加成像，可以分成两部分，一部分是前方防撞，因为前方防撞和和后方防撞考虑的因素不一样，因为前方防撞要考虑到低速行驶过程中碰到的人或者是骑自行车的人以及摩托车、电动车的人。如果在夜晚，你不好判断他们的距离，但是对于电磁波来说，它的成像就是车灯的形状，没有任何形状，这是前成像的关注重点。那么后方成像着重关注的是担心高速或者是快速形式的车辆以及小目标户撞到我们本身开到的车，所以后方防撞关注的是车辆信息。

成像过程是怎样的？我跟大家介绍一下，成像过程当然是一个计算过程。首先形成的是一个原始数据，然后原始数据形成之后进行距离压缩，距离压缩完了之后是方位压缩，然后成为最后的这个图像。这个图像来自于新载雷达的结果，这个图是来自与3月份的成像，它的成像频率是300G赫兹，它能够对人的手指头都可以分辨得出来。这个图依然是成像过程，左上方是原始数据，右边是距离压缩，左边这个是方位压缩，最右下方的图是用照相机照出来的相片，所以我们可以比较一下雷达成像的特点就是黑白，除此之外它和光学成像的结果是不相上下的。首先这个想法我们很早就有了，但是任何一个想法要能够工程化、产品化需要有一些资源的支持，比如说芯片资源的支持，比如说我们能不能获得我们需要带宽的芯片。今年5月份非常幸运，这些资源都到了，到了之后我们开始做这个方案和事情，我们最近的结果就是对室内的点目标已经成像了。我跟大家介绍一下，右边这个图是我们用camera照出来的照片，有两个点目标是我们的角反射器，右边大一点是雷达，撞在台架上对着这两个角反射起收发。出来的左边的黑白图就是雷达的成像结果。为什么说这个点目标成像结果非常有意义？我们这里成的是二维像，这意味着将来下一步室外的类似一些大目标行人、汽车等等都可以接着向下成像。所以这个图或者这个结果，意味着我们这个解决方案和想法是没有问题的，我们可以继续向下推出我们的产品。

刚才我把我们公司还有我们这个团队对于成像雷达、成像方向和我们的想法以及我们做的工作跟大家简要的介绍了一下。下面我介绍一下我们的公司，我们公司核心技术在于雷达方面，我们有系统的设计能力，我们有相控震天线设计能力，我们对雷达信号检测、目标识别及跟踪技术有超过十多年的经验。当然雷达成像技术是我们已经有关的技术。右边这个图是去年阅兵时的无人机分队，这个编队里面的军用无人机，这就是我们当年做了差不多十年的项目，非常自豪，这里面用的天线就是我本人设计的。所以我们这个团队来自于这样一个背景，我们今天在汽车电子行业、汽车电子领域，我们希望能够拿出来我们自己独有的解决方案，然后给ADAS技术也好，或者无人驾驶的方向也好增添一些新的解决办法。

我们的技术路线，刚才开始的时候我大致的介绍了一下，我们去年5月份的时候做出了第一代雷达，这个技术相当于2000年的时候机械扫描式的雷达。去年9月份，我们做出来第二代雷达，第二代雷达相当于2010年左右的电子扫描雷达。今年3月份我们做出来的中、远程一体的雷达，这是2014年左右的技术。今年2016年，我们8月份会推出全球第一代77G防撞SAR雷达，这是我们公司非常值得骄傲的一件事。我们在今年4月份的北京国际车展上，北汽车展上用了第二代雷达，他们把这个雷达拿出来作为展品放到他们展台上。我们公司已经做出来或者是马上要做出来的产品是我划勾的这几个：远程汽车防撞雷达、中程汽车防撞雷达、汽车防撞SAR雷达、24G无人机计算。

这个画面是半个月之前北京的一次暴雨，我们做的路试。这个是在上海做的路试，可以看到前方200米，非常的稳定。我们公司除了前面讲的对于雷达的研发能力非常强，那么除此之外，因为做好雷达不是一件容易的事情，还需要其他的能力，比如说系统仿真能力，这需要你在真正的把东西，把硬件去加工生产之前，我要对我所有的设计有理论上的估计，这样才能避免我后面在周期和资金上浪费。那么我们具有的仿真能力，包括电磁场仿真能力、EMC仿真、振动仿真、测试能力方面，我们都具有这样的能力来检测自己的雷达是不是一个从技术本身过硬的，未来可以实现我们所涉及的目标。项目管理能力，意味着我们是不是能够作为汽车电子领域里面一个合适的，合适的项目。

我的报告就到这里，非常感谢大家。