在汽车主动安全领域，汽车微波/毫米波雷达传感器因为能够全天候工作，不受光线、雾霾、沙尘暴等恶劣天气的影响，已成为业界公认的主流选择，拥有巨大的市场需求，因而也是汽车电子厂商当前的主要研发方向。而目前，汽车毫米波雷达的主要频段为24GHz和77GHz（日本还采用60GHz以及台湾使用的79GHz），而77GHz被认为是未来的主流方向因此成为各大厂商角逐焦点，那么77GHz毫米波雷达研发难点是什么？24GHz以及77GHz毫米波雷达将会以何种形式存在？对此《华强电子》邀请国内外毫米波雷达企业进行探讨。
行车环境无死角可视化，毫米波雷达市场可期
众所周知，毫米波雷达的主要作用为测距，对于半自动和全自动驾驶汽车而言，激光雷达、毫米波雷达和“激光+毫米波雷达”是三种主要的传感测距方案。虽然激光雷达和毫米波雷达都是主动式测量，但激光雷达发射905nm ~1550nm的激光作为检测信号（1400~2000nm为人眼安全范围），而毫米波雷达则采用K、W波段的电磁波来进行目标检测。
根据IHS Automotive的预测：2014年全球防碰撞传感器（微波雷达、摄像头、超声波、激光）的整体市场规模将达到39.4亿美元；预计到2020年，这一市场的规模预计将激增至99亿美元，其中2020年微波雷达市场将达43.8亿美金，微波/毫米波雷达的渗透率也将达到10%。
沈阳承泰科技CEO陈承文
沈阳承泰科技CEO陈承文指出，激光雷达属于点测量，分辨率高，并且高端型号可以通过色差信息分辨车道线，所以在早期的无人驾驶车辆和机器人上得到广泛应用，但其复杂的“电子+光学+机械结构”导致成本高昂和可靠性较差，并且在雨雪等恶劣天气下无法工作。
而毫米波雷达依靠目标RCS（雷达散射截面）进行检测，其全天候工作能力强，可靠性高、性价比高，但在目标类型和环境细节感知上不足。
陈承文告诉记者，自2015年开始，基于视觉和毫米波雷达的ADAS（高级驾驶辅助）以及ACC（自适应巡航）、AEB（自动紧急制动）已经陆续在国内外各款车型上开始装备，并预计在2020年左右达到普及。届时按照中国2500万辆乘用车和1000万辆商用车的年产量，50%的装车率和每辆车平均3只雷达的安装数量，仅国内汽车前装市场的毫米波雷达年需求量就将超过5000万只，同时后装市场也将涌现大量需求，由此可以看出汽车毫米波雷达市场需求强劲。
英飞凌科技（中国）有限公司汽车电子高级应用工程经理Kevin Wu对此表示同意。“毫米波雷达利用射频电磁波，激光雷达则使用激光束来测量目标与车的距离。扫描激光雷达系统可帮助探测路面上的小物体。这两种互为补充的传感器可提供自动驾驶所需的冗余及实现全天候应用。”Kevin Wu预计汽车行业从2020年左右开始上路的自动驾驶车辆，可能至少要配备10套雷达测距系统。
此外由于雷达研发时间长，技术壁垒高，所以英飞凌通过收购荷兰的激光雷达技术公司Innoluce，从而全面拥有适用于这三种传感器方案的技术专长，进一步巩固其在自动驾驶领域的领先地位。
24GHz与77GHz应用有别 深耕24GHz毫米波雷达仍有可为
产业界普遍认为，从ADAS到无人驾驶的演进，是汽车大变革时代的发展趋势；而毫米波雷达传感器扮演着汽车的“眼睛”，是ADAS、无人驾驶的核心传感器部件之一，能够为车辆提供环境感知数据。
目前来看汽车毫米波雷达主流的频段为24GHz和77GHz两种，国外传统零部件巨头，在这个领域起步较早，77GHz开发进程较先进，雷达传感器已开始广泛应用在中高端车型上。Kevin Wu强调，有着强大传感器技术积累的英飞凌通过创新的系统设计解决方案和行业领先的生产工艺，不仅能满足车用毫米波雷达需要的极其苛刻的品质要求，还大大降低了毫米波雷达系统的成本。这使得现在仅限于高档汽车的毫米波雷达系统将会逐渐在其他车辆上普及，同时这也是毫米波雷达产品能够广泛在中国普及的先决条件之一。
截止2016年底，全世界所有新车装备的77-GHz雷达系统有半数以上配备来自英飞凌科技股份公司的芯片。从统计数字上看，这意味着大约十五分之一的新车将配备采用英飞凌77GHz雷达芯片的驾驶辅助系统。Kevin Wu自信的告诉记者，全球最大的五家雷达系统制造商已有四家采用来自英飞凌的77GHz雷达芯片。
在77GHz毫米波雷达芯片处于国外垄断的形势下，国内厂商要如何应对？从国内毫米波雷达厂商现状来看，24GHz技术已经比较成熟，在汽车上的使用需求也呈现出一种标配之势，而77GHz毫米波雷达由于技术限制，突破国外垄断，实现量产及商业化都仍需一段时间，但在此阶段下24GHz与77GHz由于在所提供的功能上存在差异因此将在很长一段时间内共存。
在车载领域24GHz雷达传感器可实现的功能有：盲区监测（BSD）、车道变换辅助(LCA)、后向碰撞预警(RCW)、前/后向目标横穿预警（F/RCTA）、开门警示（DW）以及自动泊车等；而77GHz雷达传感器的应用系统相对是汽车驾驶辅助的高级阶段，主要实现自适应巡航（ACC，Adaptive Cruise Control）、自动紧急制动(AutomaticEmergency Brake)等功能。
厦门意行半导体科技有限公司首席技术官杨守军博士总结称，24GHz毫米波雷达所提供的功能或系统只会向驾驶员发出警告，避免可能的碰撞发生，人的手（转向）、脚（刹车）仍然控制车辆；而77GHz所带来的高阶功能使得车辆开始分担驾驶员的制动、油门等部分控制权，即实现干预辅助类功能，完成环境感知——决策——执行，这个阶段是自动驾驶的重要环节之一。
厦门意行半导体科技有限公司首席技术官杨守军博士
从车载领域具体的应用现状来看，77GHz主要解决车前面的自适应（ACC）雷达，24GHz主要解决的是车后面及四周的中短距离应用的场景，如盲点侦测（BSD）/车道切换辅助（LCA）等。由于欧美起步早，ACC已有相应的标准，再加上频段高相应的技术壁垒也要高，造成了进入77GHz的门槛较高。
“其实，国内的ACC标准于2006年就已经有了，可悲的是标准很超前，自主企业到目前为止还没有一家。当前自主产业现状基本上是：77GHz毫米波雷达系统都是国外巨头厂家提供，而自主的24GHz雷达刚打破国外垄断，逐步出现，也是未来要放量的热点产品。”杨守军指出，自动驾驶是ADAS系统演进的终极目标，是需要经过多个阶段逐步实现的，而智能网联汽车是当前产业界努力的方向，因此未来5~10年，24GHz雷达依然是市场的主力产品。
杨守军严肃地指出，虽然当前车厂被国外巨头们洗脑，但市场需要的是在复杂的场景下，能够更好解决问题且价格可接受的产品，目前77GHz雷达的分布位置和24GHz雷达完全不同，发挥着不同的功能作用。
24GHz频段，主要是24~24.25GHz ISM频段，是全世界免授权的频段。并且，随着低成本毫米波雷达传感技术的发展，还有可以解决很多问题的产品形态出现，如：后备箱开启用到的脚踢传感器，车四周监控用到的侵入传感器等等。只要标准没有严格禁用，便不会革命性的消失。总体来说，就是需要产业人进行更多的创新，同时上升到标准，让自主产业获得更多的市场份额。
由于国内自主24GHz雷达产业链已打通，产业规模日益壮大，产业供应链从自主核心芯片（24GHz雷达射频芯片）、毫米波雷达技术、ADAS雷达产品、汽车应用（包括前装、后装）等逐步成熟，加之各大整车厂（合资、国有、民营等）均已形成了各自的供应体系。因此杨守军预计，国产24GHz毫米波雷达传感器2017年将批量化进入汽车前后装市场，毫米波车载雷达产业链企业，进入收获期，业绩将高速发展。而77GHz雷达传感器国内受多方面因素的制约，仅有少数的几家厂商开始研制，尚无可批量化生产的能力。
此外，陈承文也称，毫米波雷达24GHz和77GHz由于产品市场生命周期的原因，相当长时间内会长期并存。在成本上，24G汽车毫米波雷达将达到200元人民币以内的成本区间，77G汽车毫米波雷达将达到500元人民币以内，随着CMOS工艺MMIC的技术演进，77G毫米波雷达也将进入300元人民币以内的成本区间，因此在很长一段时间内无论是功能上还是成本上24GHz对于国内厂商仍具有非常广阔的市场空间。
77GHz毫米波雷达市场 国内厂商寻突破
从终端配置来看，中高端品牌汽车已普遍配备24GHz、77GHz雷达以实现智能驾驶辅助（或主动安全功能），雷达逐渐向中低端车型渗透，行业预计到2020年77GHz毫米波雷达有望成为A级乘用车、商用车等车型的标配。在市场需求催化以及国外77GHz毫米波雷达双重压力下，国内厂商如何才能突破国外厂商77GHz毫米波雷达从天线设计到整个系统的技术壁垒？
对此，在与北京邮电大学及与各大高校合作下成功推出一款高性能、高集成度、可产品化的CTLRR-100_KIT型77GHz毫米波雷达开发平台的沈阳承泰向记者分享了在此过程中承泰科技面临的种种技术挑战以及解决方案。
陈承文介绍到，CTLRR-100_KIT套件主要包含77G毫米波雷达模块、配套线缆连接器、电源适配器、GUI控制软件等标配部件，以及MCU开发环境、程序加载烧录器、雷达安装支架、三脚架、角反射器、室外测试供电单元等可选配件。
值得一提的是，该套件可广泛用于汽车ADAS系统、智能交通、工业测控、医疗健康、航空航天、学术研究等领域的技术研发，是一个性能稳定、简单实用、快速上手的软硬件一体化开发平台。
众所周知77GHz的毫米波雷达，其本身的波长短，频率高。因此在天线设计上，陈承文强调主要有以下四个挑战：一是需要根据雷达产品本身的设计规格进行正向设计与仿真：阻抗、增益、水平/垂直波瓣夹角等来确定微带阵列数和阵子数量，根据旁瓣抑制来确定切比雪夫加权系数等，这一个过程的数据处理之复杂，光第一版的仿真承泰用24核的高性能服务器运行了一个月；二是根据板材和天线罩材料介电常数确定线宽、线距、板厚、铜厚、表面处理工艺、间距、装配精度要求等，这一过程的精度要求极高，失之毫厘谬以千里；第三是在单板面积极其有限的情况下有效布局和等长走线，CPWG、SIW等；最后是烧钱的测试验证和射频调优过程。
此外，毫米波雷达在汽车上装配的时候需要根据安装高度和安装位置进行调整和标定，特别是正前方安装的ACC、AEB雷达，水平角和俯仰角的安装精度都要在1°以内，同时还需要在装配线上使用特定的设备进行机械对准，同时启动雷达上电运行进行参数自校正进行标定。而多雷达情况下，需先完成主雷达的标定，再完成辅助雷达的标定，同时需要采用带目标模拟功能的毫米波雷达综测仪设备。
对于外露型车载雷达，在设计上需要考虑除冰装置。陈承文称，通常的做法是在天线罩内置电热丝，但是由于电热丝本身的金属材质和通电后产生的电磁场会对雷达波产生影响，因此电阻丝的布放位置和绕线方式需要特别考量。
除此之外，最为关键的是在车载领域，行人检测一直是ADAS乃至无人驾驶技术最难突破的点。对此，毫米波雷达是否能够取得一些突破？杨守军保守的说到：“当前车载领域，毫米波雷达的产品形态主要有自适应巡航雷达（ACC）、盲点侦测（BSD）/车道切换辅助（LCA）雷达，这一些都不具备对行人检测功能。因为，静止目标很多，导致毫米波雷达的背景杂波很复杂。从这一些杂波中识别出（或去区别）出相对路面静止物体，当前还难以做到，因此毫米波雷达主要还是对于运动目标更加容易检测出来。而这一场景问题，需要射频、激光等技术手段进行定量的识别。”
但陈承文持有不同观点，并强调，行人检测涉及毫米波雷达关键机密，前面讲到毫米波雷达是基于RCS进行目标检测和目标识别分辨的，而行人也是有雷达回波的，只是行人的RCS只有普通轿车的1/100，因此车载毫米波雷达要做到行人检测，有以下几个方面的挑战：首先，行人的RCS只有普通轿车的1/100，那么在信号频谱上的幅度就要小很多，因此需要雷达的信噪比做到特别优秀，底噪抑制、收发隔离度、VCO（压控振荡器）线性度和抖动，这些都需要特别的考虑，在射频链路的设计上需要进行大量的计算、仿真与测试；其次，行人走动和静止时候的特征频谱是可以通过数据训练获得的，国外有研究机构进行过专项研究，有些论文文献可以参考，但是实际产品算法调优需要大量的反复测试验证；最后，要检测路面上的静止物体，需要在雷达信号处理和数据处理中，进行地杂波的动态抑制消除，这部分也是需要大量的反复测试验证。
由此可以看到，虽然国外77GHz毫米波雷达占据先发优势，但国内厂商在技术上的跟进速度也不容小觑。值得一提的是，除在天线设计、安装调整与标定等方面取得较大突破外，在一向棘手的行人检测方面，毫米波雷达的加持或许还能起到帮助作用，这对自动驾驶技术来说，无异于如虎添翼！
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