軍轉(zhuǎn)民技術(shù)性能沒的說

Uhnder引入汽車應(yīng)用的DCM雷達來源于軍事應(yīng)用,這一美國軍方技術(shù)具有環(huán)境探測精準、探測范圍廣和彈性高的特點。此前由于價格過高,一直沒有進入汽車等大容量應(yīng)用場合。

從模擬到數(shù)字的根本轉(zhuǎn)變已改變了一些行業(yè)應(yīng)用,如廣播、電視、視頻和蜂窩通信。數(shù)據(jù)可以很容易地存儲和回放,實現(xiàn)先進的信號處理算法,現(xiàn)在,數(shù)字處理的多種優(yōu)勢正在進入汽車應(yīng)用,可以提供:

具有保真度的可重復(fù)性

可預(yù)測性

改進的動態(tài)范圍

糾正模擬損傷,進一步簡化模擬設(shè)計,從而實現(xiàn)更寬的動態(tài)范圍

過去,數(shù)字處理量越大,功耗也越大。隨著通信和計算行業(yè)的進步,如先進信號處理、先進CMOS技術(shù)和低功耗高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器,使得設(shè)計符合汽車行業(yè)日益增長需求的低成本高效的DCM雷達系統(tǒng)成為可能。轉(zhuǎn)折點已經(jīng)出現(xiàn),DCM技術(shù)有望填補自動駕駛汽車從L3到L5之間的技術(shù)空白,最終實現(xiàn)可靠的全自動駕駛。

DCM波形在許多方面與CDMA相似,后者過去20年中已用于蜂窩系統(tǒng),并已在軍事系統(tǒng)使用了40多年。類似的數(shù)字雷達技術(shù)現(xiàn)在可供汽車雷達設(shè)計師使用,使車輛更安全,并能夠應(yīng)對增強自動駕駛的挑戰(zhàn)。

對于自動駕駛車輛產(chǎn)業(yè),這一進展非同小可。Uhnder的全數(shù)字4D軟件定義成像雷達技術(shù)可增強分辨率和偵測能力,提升人員、道路與城市的安全性。用DCM取代傳統(tǒng)的模擬頻率調(diào)制的突破性架構(gòu)實現(xiàn)了無與倫比的角分辨率和抗干擾性,還可以實現(xiàn)HCR,解析出傳統(tǒng)雷達傳感器在過去偵測不到的并列物體。這將推動汽車雷達過渡到DMR。

DCM與FMCW有什么不同?

ADAS和AD可以減少90%的事故,并顯著減少汽車事故中的死亡人數(shù),這一點非常重要。為了進一步提高ADAS的自動化功能,實現(xiàn)更高級別的AD,對改進汽車雷達系統(tǒng)的需求不斷增加。

先來回顧一下美國汽車工程師學(xué)會(SAE)定義的駕駛自動化的六個級別——從無自動化(L0)到全自動化(L5)。由于雷達可以在夜間和嚴重影響視力的天氣條件(如霧、雪和暴雨)下工作,因此是實現(xiàn)車輛自動化的必要傳感器。與基于視覺的系統(tǒng)相比,雷達還具有固有檢測多普勒的優(yōu)勢,這使其能夠非常精確地估計運動物體的速度。

車輛自動化級別

迄今為止,汽車上最常用的雷達技術(shù)是FMCW雷達。在傳輸、接收及用于確定環(huán)境中物體的距離、速度和角度的相關(guān)信號處理方面,FMCW與數(shù)字調(diào)制雷達(特別是采用數(shù)字編碼調(diào)制(DCM)的數(shù)字調(diào)制雷達)的特性有很多不同。

傳統(tǒng)FMCW與DCM雷達的比較

通過對這兩種雷達系統(tǒng)的比較,可以加深人們對數(shù)字雷達的熟悉程度,更好地認識數(shù)字雷達的潛在優(yōu)勢。其兩個新的優(yōu)勢基準在于:

HCR是分辨大目標旁邊的小目標(如卡車前面的小孩)的關(guān)鍵

干擾敏感系數(shù)(ISF)表征了雷達對自干擾和交叉干擾的恢復(fù)能力。

這些基準對于理解雷達在用例中的價值是必不可少的,這些用例對于實現(xiàn)更高的自動化至關(guān)重要。

干擾魯棒性對汽車應(yīng)用不可或缺

如前所述,對來自其他雷達的干擾信號的魯棒性是汽車應(yīng)用中雷達操作的一個重要方面。ISF是衡量雷達抗自干擾和交叉干擾能力的指標。它受潛在干擾雷達使用的調(diào)制方案的影響。

典型雷達系統(tǒng)要么脈沖發(fā)射信號,要么連續(xù)發(fā)射。在脈沖雷達系統(tǒng)中,信號只在一定的短時間間隔內(nèi)發(fā)射,然后發(fā)射機保持沉默,再重復(fù)此過程。接收機感測反射信號到達的相對時間,以估計目標的各種參數(shù)(如距離、速度)。在連續(xù)波雷達系統(tǒng)中,信號是連續(xù)傳輸?shù)摹?/p>

DCM雷達發(fā)射正弦信號,其中正弦信號的相位以數(shù)字方式變化。接收的信號可以使用匹配濾波器進行處理,或者與發(fā)射信號的各種時延相關(guān),以便可以估計目標的重要參數(shù)。

DCM使用CDM-MIMO,其中的不同發(fā)射機采用唯一的擴頻碼。在每個接收天線處,使用與每個發(fā)射機信號匹配的濾波器。在發(fā)射時可以使用彼此正交的擴頻碼來減少自干擾,但這要犧牲較大的自相關(guān)旁瓣。在擴頻碼的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性之間存在一種折衷�；ハ嚓P(guān)表示來自使用不同擴頻碼的不同天線的干擾量,而自相關(guān)表示來自一個擴頻碼的自干擾。通常,互相關(guān)特性越好,自相關(guān)特性越差。

隨著雷達在車輛上的部署日益增多,未來所有雷達面臨的主要挑戰(zhàn)之一是來自其他雷達的干擾。一般來說,汽車雷達天生容易受到來自附近干擾源的干擾,因為干擾源的傳輸在受影響雷達處比從目標接收到的信號更具優(yōu)勢。在直接視線干擾情況下,受影響雷達的干擾功率具有單向傳播損耗。另一方面,被測目標的反射信號會有雙向傳播損耗。

隨著多個雷達在“近距離”和直接視線內(nèi)同時工作的潛在擴散,隨著部署更多雷達,相互干擾將增加。受影響雷達試圖確定視野中的目標,但干擾雷達基本上干擾了受影響雷達。

干擾場景示例

汽車雷達波形和處理通常會導(dǎo)致干擾信號的寬帶噪聲樣頻譜,這可能會增加整體噪聲下限。干擾的影響可以用干擾噪聲比(INR)來衡量。

DCM技術(shù)之所以成熟

傳統(tǒng)上,汽車雷達系統(tǒng)采用FMCW/FCM類型的雷達信號。使用FMCW/FCM,一些信號處理是在模擬電路(混頻器、濾波器)中完成的。在DCM中,模擬電路僅用于恢復(fù)所接收信號的帶限基帶版本,且信號處理(如匹配濾波等)主要以數(shù)字方式執(zhí)行。因此,DCM雷達擺脫了FMCW/FCM的簡單模擬處理,實現(xiàn)了更先進的數(shù)字處理。這需要DCM雷達以比FMCW/FCM(幾十MHz速率)更高的速率(GHz范圍內(nèi))實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換。而這一直是將DCM技術(shù)以經(jīng)濟高效的方式引入汽車應(yīng)用的主要障礙之一。

傳統(tǒng)上,FMCW/FCM雷達使用硅鍺(SiGe)技術(shù)實現(xiàn)RF電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器,而數(shù)字處理是在單獨的處理器或微控制器(MCU)中完成的。CMOS技術(shù)的進步使得RF電路的實現(xiàn)和隨后的數(shù)字處理集成,以及RF/模擬處理,都可以在一個芯片上實現(xiàn)。一些制造商已經(jīng)為汽車雷達應(yīng)用開發(fā)了基于CMOS的FMCW/FCM解決方案。

不過,這些解決方案并沒有使用最先進的CMOS技術(shù)所提供的全部功能。CMOS RF設(shè)計已經(jīng)得到證實,而DCM雷達所需的低功耗高速(2+G采樣/秒)模數(shù)轉(zhuǎn)換器可以用CMOS技術(shù)實現(xiàn)。這些功能,再加上具有智能硬件和軟件分區(qū)的成本和功耗有效的數(shù)字設(shè)計,正在使DCM雷達成為汽車應(yīng)用的現(xiàn)實。

Uhnder的RoC集成了一個77-79GHz的收發(fā)器,有12個發(fā)射通道和16個接收通道,可被時間復(fù)用到兩組天線,覆蓋方位角和仰角。該RoC架構(gòu)可以處理多達192個虛擬接收通道,無需額外增加RF PCB電路,從而實現(xiàn)高角度分辨率。

靈活的專用硬件加速器可以用來處理高速數(shù)字基帶信號,通用處理器可以對提取的數(shù)據(jù)進行操作,以執(zhí)行特定于應(yīng)用的操作。

基于片上DCM,麥格納開發(fā)的ICON RADAR? 在高分辨率汽車雷達方面設(shè)立了新的標準。它采用市場上最小的雷達芯片和最高的處理能力。完全模塊化和可擴展解決方案提供了水平和垂直檢測的4D掃描能力,可以區(qū)分相鄰的目標,實現(xiàn)了業(yè)界首創(chuàng)的遠距離(100米)和300米范圍內(nèi)的雷達行人檢測。

加速自動駕駛的催化劑

數(shù)字硬件可以化解模擬處理的挑戰(zhàn),數(shù)字和模擬電路的聯(lián)合設(shè)計可以實現(xiàn)比汽車半導(dǎo)體行業(yè)典型的單獨模擬和數(shù)字設(shè)計更好的性能。這種集成、靈活的芯片設(shè)計允許用軟件修改雷達性能,以滿足客戶和應(yīng)用要求,而不采用設(shè)計定制芯片的冗長和昂貴的方法。

可靠、安全、設(shè)計友好的DCM雷達的大規(guī)模部署的關(guān)鍵因素是技術(shù)。Uhnder打開了這扇大門。片上數(shù)字雷達可以50+fps(每秒傳輸幀數(shù))前所未有的分辨率運行,探測豐富的4D環(huán)境,檢測和跟蹤成千上萬的物體。它將使ADAS和AD達到新的水平,并成為加速自動駕駛的催化劑。