PCB 블로그 - 차량용 밀리미터파 레이더의 역사

1941년 6월 22일, 1977대의 비행기와 2585명의 조종사가 손실되었음에도 불구하고 나치 독일은 공습을 통해 영국 지상과 해군을 교란하는 것은 말할 것도 없이 영국 해협의 제공권을 얻을 수 없었다.그것은 어쩔 수 없이 바다사자 계획을 포기하고 영국을 침입했다.1년 넘게 계속된 영국 공중전은 나치 독일을 격파하는 것으로 끝났다.영국이 독일 전차의 공격을 막아내고 영국 공중전의 승리 (주로 전차가 바다를 건널 수 없었기 때문) 를 거둘 수 있었던 것은'불쏘시개'와'허리케인'등 스타 전투기가 발휘한 큰 역할 외에도'체인의 집'으로 불리는 방공 레이더라는 위대한 배후 영웅이 있었다.

세계 최초로 실용적인 레이더는 증기기관을 발명한 제임스 와트의 후손인 영국 과학자 로버트 왓슨 와트 경이 개발했다.나치 항공기에 대한 조기 경보를 발령하기 위해 1936년 5월, 영국 공군은 중국에 이 레이더를 대규모로 배치하기로 결정했는데, 이것이 바로'지체인'레이더의 원형이다.1939년 초까지 총 20개의 레이더 스테이션이 가동되었다.나치 독일의'바다사자 프로젝트'가 시행되기 전에 영국은 51개의 레이더 스테이션을 갖춘 두 개의 레이더 탐지 네트워크를 구축했다.이 레이더들은 독일 공군의 공습을 막는 데 중요한 기여를 했으며, 이후 밀리미터파 레이더가 각 분야에서 널리 응용되기 시작한 지 80년이 되었다.

차량용 밀리미터파 레이더 연구 방면에서도 유럽과 미국 국가들은 줄곧 세계 선두를 달리고 있다.보쉬, 콘티넨탈, 하이라 등의 회사가 전 세계 시장을 독점했다.밀리미터파 레이더가 자동차 분야에서 응용된 것은 1980년대 초로 거슬러 올라간다.일부 유럽과 미국 국가의 대학과 연구기관은 이미 점차 차량용 밀리미터파 레이더 기술을 연구하기 시작했다.1980년대 중반 유럽은'PROME the US'를 제정해 유럽, 일본 등 자동차 국가들의 레이더 기술 개발을 촉발했다.미쓰비시 자동차는 1995년 처음으로 Diamante에 밀리미터파 레이더 기반의'미리보기 거리 제어'시스템을 사용했다.그러나 이 시스템은 액셀러레이터와 스핀다운 기어만 제어하여 차량 속도를 낮추고 브레이크 자체를 방해하지 않기 때문에 적응형 순항의 초기 버전으로만 간주될 수 있습니다.1999년까지 메르세데스-벤츠는 S클래스에 진정한 어댑티브 크루즈 시스템을 처음 적용해 보조운전 시대를 열었다.그것의 이름은 모두가 잘 알고 있을 것이다. Distronic이라고 한다.초기 차량용 밀리미터파 레이더 칩은 주로 갈륨비소 공정을 사용했다.밀리미터파 레이더는 24GHz 대역에서 작동하는 최소 7~8개의 무선 주파수 칩을 장착해야 한다.레이더파가 길어서 밀리미터파 레이더의 부피가 너무 커서 대략 노트북 크기가 된다.따라서 비용도 많이 듭니다.오늘날의 레이저 레이더와 유사하게, 그것은 소수의 고급 자동차에만 응용될 수 있다.2000년 초 SiGe 기술의 발전은 밀리미터파 레이더 칩의 집적도를 크게 향상시켰다.밀리미터파 레이더는 2~5개의 MMIC와 1~2개의 BBIC만 있으면 된다.원가는 이미 1000원 수준에 이르렀지만 침투률은 여전히 매우 낮다.현재 프리미엄 모델에 많이 쓰이는 양산형 77GHz 밀리미터파 레이더에 모두 이 기술이 적용됐다.2017년 티는 CMOS 기술을 기반으로 고도로 통합된 77GHz 밀리미터파 레이더 칩을 선보였다.그 AWR1642 시리즈는 중단거리 장면에 적용되며, 프런트엔드 MMIC RF, DSP, MCU 모듈을 77GHz 밀리미터파 레이더 SOC 칩에 통합하여 밀리미터파 레이더의 비용을 현저하게 낮추고, 차량용 밀리미터파 레이더 하드웨어 개발의 난이도를 크게 낮춘다.더욱 흥미로운 것은 TI가 근접 장면을 위해 더 통합된 안테나 (AoP) 칩을 구축하여 안테나를 칩에 통합하여 안테나 엔지니어의 작업을 깨뜨리고 밀리미터파 레이더의 가격을 100위안으로 낮췄다는 것이다.TI 칩 개발은 다른 레이더 칩 제조업체에 비해 바보라는 특징이 있는 것으로 알려져 있다.기본 소프트웨어 개발이 완전하고 도구 체인이 사용하기 쉬워 진입 문턱을 크게 낮췄다.이 칩을 기반으로 중국은 역동적인 차량용 밀리미터파 국산화 여행을 시작했다.불과 몇 년 동안 중국은 약 340개의 Ago와 Amare 회사가 차량용 밀리미터파 레이더 제품의 개발을 진행했는데, 이는 결코 떠들썩하지 않으며, 결코 장관이지 않다고 말할 수 있다.

국내 차량용 밀리미터파 레이더 제품의 개발 역사는 길지 않고 6~7년으로 걸음마 단계에 있다.지금까지 상하이자동차그룹 산하 부품회사인 화위자동차는 실제로 대량 인도를 실현해 연간 출하량이 20만대를 넘어섰다.국내 차량용 밀리미터파 레이더 업계의 황푸군관학교인 화우자동차 (이하 화우) 는 2014년 국내 최초로 차량용 밀리미터파 안테나 제품 개발을 시작했다.하지만 그 시대는 오늘날과 같지 않다.6년 전만 해도 77GHz 밀리미터파 레이더 칩은 첨단 신기한 제품이었다.외국인들은 우리를 데리고 놀러 가지 않고 금수 조치를 실행한다.따라서 화우는 24GHz 밀리미터파 레이더를 기점으로 할 수밖에 없다.비록 그는 현지 부자인 상하이자동차그룹의 아들로 표준적인'부자 2세'였지만, 당시 화우 차량용 레이더 창업팀의 배경과 실력은 현재의 레이더 스타트업보다 강하지 않았다.처음에 그는 밀리미터파 레이더와는 무관하게 PEPS 제품 배경을 가진 크로스오버 엔지니어들이었다.돈 말고는 아무것도 없었다. 그는 무지하고 감히 남보다 먼저 밀리미터파 레이더 개발의 큰 물결에 뛰어들었다.차량용 밀리미터파 레이더와 같은 기술 문턱이 높고 시장 문턱이 높으며 제품화 난이도가 높은 제품에 있어서 전문적인 연구개발팀이 없는 것은 확실히 큰 문제이다.그러나 돈만 있으면 모든 것이 문제가 되지 않는다.소를 속이기 위해 면접 장소는 웨이하이로 489번지에 배치됐다고 한다.상해자동차의 높은 핍박격가지, 호화로운 사무환경, 자동적으로 가열하고 물을 내리는 변소, 매혹적인 식당, 거부할수 없는 로임, 감동적인 감정.팀을 모집하기 위해 화우 HR은 최선을 다해 팀을 모집했다. 간단하고 난폭하며 극도로 잔인했다. 도처에"나는 돈이 있다"는 네 글자가 있었다.물론 일부 총부책임자들은 외국구매판공실에 습관되여 돈으로 구매할수 있는 물건에 습관되여 공을 들여 자신의 풍격을 만들려 하지 않는다.그들은 여전히 현지 거북이 팀의 독립적인 연구 개발 능력에 대해 회의적이다.그래서 처음에 연구 개발의 성공을 보장하기 위해 화우는 이중 보험 전략을 취했다: 해외 기술 도입과 자체 연구 개발을 병행하는 방식이다.국내 팀은 자체 솔루션을 개발하고 유명 문자메시지, 스마트마이크로로부터 솔루션을 구매한다.빨리 달리기 위해 동질전자와 데세시웨이는 집에 문자메시지를 보내 레이더를 만드는 솔루션도 구입했다고 한다.물론 롤링은 상업적으로 아주 똑똑하다.그는 솔루션만 판매하고 핵심 기술은 제공하지 않습니다.로린 선생은 박학다식하고 각종 레이더 연구에 조예가 깊지만 상업화 방면에서는 여전히 부족하다.예를 들어 화우를 위해 처음 설계된 레이더 방안의 원가는 경쟁력이 없다.물론 다행스러운 것은 화우 본토 팀이 어려움을 극복하고 어려움을 극복하여 최종적으로 국내 최초의 24GHz 레이더의 규모화 생산을 실현했다는 것이다.0대 1의 돌파 이후 이어진 77GHz 각도 레이더와 전방향 레이더도 곧 양산됐다.화우 외에도 썬스텍은 하이캉의 허벅지를 안고 있다.레이더는 스마트 안전과 교통에서도 출하량이 좋지만 차량용 레이더에서는 그들 집의 출하량이 많다는 말을 듣지 못했다.다른 대부분의 차량용 밀리미터파 레이더 개발 회사들은 여전히 PPT와 대중번호 단계에 있다.그들은 이미 대규모 생산을 실현했다고 주장하며, 소량의 샘플을 추출하여 고객이 테스트할 수 있도록 했다.결국 차량용 밀리미터파 레이더의 문턱은 여전히 매우 높으며, 핵심 기술은 아직 업계 내에 보급되지 않았다.보쉬, 콘티넨탈 그룹, 레이더를 20년 가까이 양산한 하이라를 포함해 팀 내 핵심 열쇠인 Knohow를 쥔 전문가는 손에 꼽을 정도다.이밖에 전방향레이다에 대해서는 제동, 조향과 동력시스템과 관련되는데 이런 핵심집행기는 보쉬, 대륙 등 거두들의 수중에 장악되여있다.사람들은 자신의 밀리미터파 레이더로 자신의 집행기를 쉽게 제어할 수 있으며 완전한 해결 방안을 제공한다.국내 제조사들은 자체 실행기가 거의 없어 전방향 레이더를 만들기 어렵다.데모를 만들어 포인트 클라우드를 수출하는 것은 모든 회사에 상대적으로 쉽지만 대규모로 생산해야 하며 BOM의 비용과 성능은 ABCD와 비교할 수 있다.또한 돌파해야 할 많은 시스템, 소프트웨어, 하드웨어 핵심 기술, 특히 극복해야 할 알고리즘 문제를 포함하여 레이더에 대한 이해를 심화시켜야 한다.이에 따라 국내 많은 밀리미터파 레이더 스타트업들이 스마트 보안과 스마트 교통 분야로 전환하기 시작했다.이들 분야의 밀리미터파 레이더 기술은 난이도가 상대적으로 낮고, 시장 문턱이 자동차 업계보다 높지 않으며, 이윤도 다소 폭력적이다.그들은 짧은 시간 내에 보답을 볼 수 있다.스타트업의 경우 생존이 첫 번째 목표이고, 성실과 초심은 잡스처럼 숨막히게 만든다.그러나 차량용 밀리미터파 레이더를 만드는 것은 힘겹고 비위를 맞추지 못하는 일이다.그것은 허벅지가 지탱해야 할 뿐만 아니라 높은 기술과 시장 장벽, 낮은 이윤율, 낮은 판매량도 필요하다.이것은 기본적으로 Mobileye처럼"나는 세계 최고입니다"에 도전할 수 없는 한 적자 사업입니다.

전통적인 ADAS 밀리미터파 레이더뿐만 아니라 고해상도 포인트 클라우드 이미징 능력을 갖춘 4D 밀리미터파 레이더는 최근 2년 동안 높은 수준의 자율주행 고정밀 감지 수요의 업계 이슈가 되었다.국내외 일부 거물들과 스타트업들은 일부 장면에서 레이저 레이더를 대체하거나 보완하는 것을 목표로 이 신개념 제품에 집중하고 있다.결국, 레이저 레이더의 비용과 신뢰성은 최근 단계에서 여전히 착륙하기 어렵다. 비나 눈 등 악천후에서도 밀리미터파 레이더는 정확하고 안정적인 감지 임무를 수행해야 한다.4D란 3D 프로파일 고해상도 점 클라우드 프로파일과 고정밀 속도 정보를 말한다.항공모함에 탑재된 위상배열 레이더의 기능을 아이폰 크기의 레이더에 집중하는 것과 같다.전통적인 ADAS 밀리미터파 레이더에 비해 기술 난이도는 여전히 크게 향상되었다.현재 4D 밀리미터파 레이더는 주로 두 가지 주류 노선이 있다.하나는 기존 MMIC 무선 주파수 칩을 이용하여 다중 칩 종속 연결을 진행하여 다발 다중 수신 안테나 어레이를 형성하고, 안테나 어레이 레이아웃과 알고리즘 최적화를 통해 4D 포인트 클라우드 이미지를 획득하는 것이다.예를 들어, 보쉬의 LRR5 프리미엄, 콘티넨탈의 ARS540 및 우리 제품은 모두 이 노선을 사용합니다.또 다른 방식은 이스라엘의 Vayyar, Arbe 등 자체 개발한 대규모 다중 채널 슬라이스에 칩을 통합하여 48개의 수신 채널 + 48개의 전송 채널과 안테나를 하나의 칩에 통합하는 것이다.현재 대륙의 ARS540은 이미 초보적인 원형을 갖고있지만 아직 공개된 시험결과는 없다.BMW 전기차 iX를 위해 제작됐다고 한다. 항속거리는 300m, 수평각 해상도는 1.2°~1.68°, 푸시앵글 해상도는 2.3°에 달한다.Bosch LRR5의 수평 각도 해상도는 약 2 °, 푸시 각도 해상도는 약 2.2 °입니다.Arbe 공식 웹 사이트는 수평 각도 해상도가 1 °, 푸시 각도 해상도가 2 ° 에 도달 할 수 있다고 주장합니다.어떤 기술 노선이든 회사마다 레이더의 부피가 많지 않다. 약 12cm * 13cm * 3.5cm이다. 이는 안테나의 공경과 각 해상도 사이의 이론적 구속을 돌파한 사람이 없다는 것을 보여준다.고해상도를 얻으려면 안테나 배열의 물리적 크기를 늘려야 합니다.그의 가상 이미징 기술은 안테나 채널의 수를 10∼100배 확대할 수 있다고 오컬리는 설명했다.우리도 이런 기술이 있지만 실제 응용에서는 그다지 의미가 없다.현재 업계에서는 일반적으로 4~2개의 캐스케이드 칩을 사용하여 수신 및 송신 채널의 수를 늘리고 MIMO 기술과 결합하여 수평 및 푸시 방향의 각도 해상도를 향상시키는 대규모 가상 어레이를 형성합니다.이 방법은 상대적으로 비용을 절감할 수 있지만 모호하지 않은 상황에서 속도 범위를 크게 낮추는 문제도 초래할 수 있다.이 문제를 어떻게 해결해야 하는지도 다중 칩 종속 연결 MIMO 밀리미터파 레이더의 병목 현상이다. 따라서 우리는 많은 국내 레이더 제조업체들이 다중 칩급 연결에서 두 개의 전송 채널만 사용하고 속도가 모호하게 해결되는 문제를 피하기 위해 남은 전송 채널을 낭비하는 것을 보았다.4개의 Ti AWR2243을 종속 연결하여 우리의 4D 밀리미터파 레이더는 1 ° 의 수평 해상도, 1.4 ° 의 푸시앵글 해상도, -250km/h~+250km/h의 최대 무모호 속도 측정 범위를 실현할 수 있다.우리는 주변 환경과 목표에 대한 고해상도 이미지를 구현할 수 있습니다.관련 제품은 이미 여러 자동차 공장에서 L3와 L4급 자율주행에 응용되었다.제품 개발 과정에서 우리는 다음과 같은 핵심 핵심 기술을 돌파했습니다.

1. 수평 및 각도 해상도를 크게 향상시킨 대규모 가상 안테나 설계 기술

2.고주파 무선주파수판 다층 중첩 설계와 혼합 압축 기술로 제품의 저비용과 양률을 확보한다

3. 대형 안테나 수평 및 푸시업 보정을 위한 빠른 기술

4.레이더 복잡한 파형 설계 기술, 자동 운전 요구 사항 충족

5.최대 무모호 속도 측정 범위 확장 기술, 고속 장면에서 정확한 속도 측정 요구를 충족

6. 목표 집합과 추적 기술을 확장하여 정확한 목표 3차원 BoundingBox 정보를 얻는다

물론 위의 기술은 단순한 예일 뿐입니다.밀리미터파 레이더의 상업화를 실현하기 위해서는 아직도 많은 도구 사슬 문제, 공정 기술 문제와 알고리즘 문제를 해결해야 한다.우리는 이전에 많은 기술팀과 교류한 적이 있는데, 비록 팀의 실력이 매우 강하지만, 실제 수준은 들쭉날쭉하다는 것을 발견했다.BSD 밀리미터파 레이더라도 돌을 만지며 강을 건너는 단계이기 때문에 기술적 난이도가 더 높은 전방향 레이더와 4D 밀리미터파 레이더에 대해 이야기해 보자.현재 차량용 밀리미터파 레이더의 진입 문턱이 높고 기술 난이도가 높으며 국내 관련 기술 기초가 취약한 현황 때문에 업계에서도 차량용 밀리미터파 기술을 체계적으로 소개하는 참고서와 자료가 부족하다.그러므로 필자는 10여년간 국내외 밀리미터파레이다제품의 연구개발경험과 축적을 결부하여 먼저 대외개방을 하고 여러분들과 밀리미터파레이다기술을 공유하며 동업자들과 공유하였다.