PCB部落格 - 如何在無人駕駛汽車中應用毫米波？

毫米波 雷射技術在無人駕駛汽車領域有著重要的應用, 尤其是毫米波相關科技. 在無人駕駛汽車的研發過程中, 毫米波 radar 通常用作無人駕駛感測器之一. 原因是毫米波感測器比雷射雷達和照相機的量測距離更長, 能够在雨雪等惡劣天氣條件下保持穩定運行. 這表明毫米波科技在無人駕駛汽車領域發揮著重要作用. 在本文中, 我們將介紹 毫米波雷達 以及如何將毫米波應用於無人駕駛車輛.

毫米波雷達市場概況

現時，毫米波雷達科技主要被大陸集團、博世、電裝、奧托立夫、電裝和德爾福等傳統零部件巨頭壟斷，尤其是77GHz毫米波雷達。 只有博世、大陸集團、德爾福、電裝、TRW、富士通天、日立等公司掌握這項科技。 2.015年，博世和大陸汽車雷達的市場份額為22%，位居全球第一。

博世的遠程毫米波雷達產品是其覈心產品。 它的探測距離可達250米。 它是現時距離最遠的毫米波雷達，主要用於自動巡航控制系統ACC。大陸比較全面，主要產品是24GHz毫米波雷達。 海拉以24GHz雷達為覈心，在全球24GHz領域擁有最廣泛的客戶範圍和最大的市場份額。

國外毫米波雷達製造商的市場份額

的特徵 毫米波雷達

在毫米波雷達的頻率選擇方面，每個國家主要有三個頻段——24GHz、60GHz和77GHz，現在正在向77GHz靠攏。 歐洲和美國選擇專注於77GHz，而日本選擇了60GHz頻段。 隨著77GHz毫米波雷達在全球範圍內的廣泛應用，日本逐漸轉向77GHz毫米波雷達的發展。

現時，毫米波雷達主要以24GHz SRR（近程雷達）系統+77GHz LRR（遠程雷達）系統的形式出現。 24GHz毫米波雷達主要負責近程探測，而77GHz毫米波天線主要負責遠程探測。

1.77GHz雷達小於24GHz雷達。 77GHz雷達的波長小於24GHz的三分之一，囙此收發器天線的面積大大减少，整個雷達的尺寸也有效减小，這對追求小型化非常有利。

2.77GHz雷達可以同時滿足高發射功率和寬工作頻寬的要求，這使得它能够同時實現遠距離探測和高距離分辯率。

3.、77GHz雷達天線、射頻電路、晶片等設計製造難度較大，現時科技成熟度低，成本較高。

此外，國際電聯在2015年將79GHz列為汽車安全領域的應用。該頻段可以檢測行人並瞄準多個目標。 在未來，它可能會取代24GHz作為一種短程雷達，並被廣泛使用。

毫米波雷達的優點

毫米波雷達具有波長長、頻帶寬（頻率範圍大）、穿透力强等特點，形成了毫米波雷達的優勢：

1.穿透能力强，不受天氣影響。 大氣對雷達波段的傳播有衰减作用。 毫米波雷達在清潔空氣、雨、霧、烟和污染中的衰减弱於紅外線、微波等，具有更强的穿透能力。 毫米波雷達波束窄、頻帶寬、分辯率高。 它在大氣窗口頻段內是全天候的，不受晝夜影響。

2.體積小巧，識別精度高。 毫米波長度、小天線孔徑和小部件尺寸使毫米波雷達系統體積小、重量輕，易於安裝在汽車上。 對於同一目標，毫米波雷達具有大截面積和高靈敏度，能够探測和定位小目標。

3.可實現遙感檢測。 毫米波雷達分為遠程雷達（LRR）和近程雷達（SRR）。 由於毫米波在大氣中衰减，它可以探測和感知更遠的距離，而遠程雷達可以實現200米以上的探測和檢測。

毫米波雷達具有許多優點，現時在汽車防撞感測器中占很大比例。 根據IHS數據，毫米波/微波雷達+監視器占汽車防撞感測器的70%。

國外毫米波雷達製造商

國際巨頭在毫米波雷達領域有著悠久的研究歷史，積累了深厚的科技，並在全球市場佔據主導地位。 車載毫米波雷達的研究主要在以德國、美國和日本為代表的一些已開發國家進行。 現時，毫米波雷達的科技主要被博世、大陸集團、電氣設備、奧托立夫、德爾福等傳統零部件巨頭壟斷。 下圖顯示了一些國外製造商關於毫米波雷達的相關資訊。

那麼，如何將毫米波科技成功應用於無人駕駛汽車？

毫米波雷達在無人機上的應用

1.雷達工作原理

對於人類和其他生物來說，眼睛和耳朵是獲取外部環境資訊不可或缺的設備。 然而，無人駕駛汽車依靠機器獲取外部資訊，囙此其相關設備被雷達取代。 囙此，資訊傳輸的載體已經從光變為無線電波。 然而，光波和無線電波本質上都是電磁波，它們在真空中的傳播速度是相同的。

雖然雷達的結構和類型不同，但它們的基本形式是相同的，即它們都有發射機、發射天線、接收機、接收天線、處理部件和顯示器。

工作時，首先通過發射機攜帶的天線向某個方向發射無線電波。 如果無線電波在傳輸過程中遇到障礙物，它會反射，天線接收到反射波後將其發送給接收設備進行處理，從而獲得障礙物的相關資訊，例如通過多普勒效應計算障礙物的速度， 計算障礙物之間的距離以及發送和接收之間的時間差等。

2.與無人駕駛車輛的關係

通常，車輛的駕駛員是持有駕駛執照的人，可以通過眼睛和耳朵判斷外部環境，從而駕駛車輛向前行駛、轉彎和避開障礙物。 然而，無人駕駛汽車的駕駛員已經從一個人變成了一台機器。 囙此，從眼睛和耳朵獲取外部資訊的設備已被雷達所取代。 無人車通過安裝在其上的雷達設備獲取外部資訊，並在分析後對相應事件做出響應。

實際上，雷達的效能如何？ 以通用巡航無人駕駛汽車為例。 環球巡航使用5個雷射雷達和21個毫米波雷達，分別放置在車身周圍。 在21個毫米波雷達中，12個是日本ALPS提供的79GHz雷達。 車體前後成對安裝了4臺ARS-408雷達，前後左右方向安裝了5臺高解析度雷達，分辯率為4cm。

12個79GHz毫米波雷達以級聯模式工作，即，當對象執行操作時，它判斷相關對象是否同步執行操作。 這種工作模式使無人駕駛車輛能够清晰地感知周圍的360°資訊，還可以同時跟踪數千個目標，這大大提高了無人駕駛車輛應對緊急情况的能力。 這12個79GHz毫米波雷達構成了一個冗餘系統。 雖然這會新增製造成本，使系統看起來有點臃腫，但與安全性能改進的好處相比，這將微不足道。

由許多雷達組成的系統可以隨時更新無人駕駛車輛周圍的地圖。 囙此，在某種程度上，無人駕駛汽車比人類駕駛的汽車更安全。 無論駕駛員多麼老練，他都不可能時刻關注各個方向的路况，但機器駕駛員可以做出冷靜的判斷，並對各個方向的情况做出最佳解決方案，而不會產生差异。

3.未來預期

現時，無人駕駛汽車的發展取得了巨大突破。 穀歌和百度等科技公司都已經完成了無人駕駛汽車的道路測試，中國北京去年也製定並發佈了兩份檔案，即， 《北京市關於加快推進自動駕駛汽車道路試驗的指導意見（試行）》和《北京市自動駕駛汽車路試管理實施細則（試行）。 不得不說，無人駕駛汽車的研發在國內外都是光明的。 作為無人駕駛汽車的眼睛和耳朵，雷達當然可以在這個領域發光發熱。