数字化+单芯片集成——4D成像雷达的降本增效之路

电子发烧友网报道（文/梁浩斌）目前主流的ADAS方案中，摄像头+毫米波雷达几乎已经是基础套装，更高级的城市导航辅助驾驶NOA等已经开始配备1个或多个激光雷达。不过从近期各大车企或者是自动驾驶公司的方案来看，在城市NOA方案前装量产阶段，降本增效已经成为核心目标之一。
 
4D成像雷达在传统毫米波雷达的基础上增加了垂直角度分辨率，能够获取俯仰角数据，即可以检测物体高度信息，这让4D成像雷达具备了与激光雷达类似的感知能力。目前除了特斯拉计划将在旗下车型搭载之外，国内上汽飞凡、长安深蓝等部分车型已经搭载4D成像雷达并量产。
 
与激光雷达类似，当前4D成像雷达的技术路线也呈现百花齐放的景象。目前主流的车载毫米波雷达普遍采用基于模拟信号调制的FMCW（调频连续波），但随着对性能需求的增加，基于DCM（数字编码调制）技术的PMCW（调相连续波）方案，在4D成像雷达中已经开始被应用，并已经在美国投入生产。
 
数字雷达是未来的发展方向
 
在FMCW毫米波雷达系统中，测距的原理是通过发射一段连续的调频信号，即频率会随着时间变化的连续波，这种信号可以被认为是附带了“时间戳”。发射波到达目标后，其中一部分会被反射，通过对接收到的反射波与原始信号混合、比对，计算反射波的频率变化即可同时对多个目标进行测距、测速、方位角等的测量。
 
由于连续波的变化是通过模拟基带信号控制，所以FMCW也可以说是基于模拟信号调制的方案，FMCW毫米波雷达也可以被称为模拟雷达。相反，PMCW毫米波雷达通过数字编码调制技术，所以PMCW毫米波雷达可以被称为数字雷达。

Uhnder芯片业务副总裁 Max Liberman

 
作为世界上唯一一家基于DCM技术量产成像雷达方案的厂商，Uhnder芯片业务副总裁Max Liberman在接受电子发烧友网采访时表示，鉴于 DCM 可以提供的性能优势，他认为数字雷达是行业未来的发展方向。
 
“这种数字化的转变其实已经在许多市场得到了广泛的验证，包括手机、电视以及音响领域等。这些市场转向数字化的原因在于，为终端消费者提供更好的产品性能表现。譬如在电视行业，能够获得更高的分辨率；在音响行业，可以取得更好的音质；在手机行业，数字化已经帮助更好地实现抗干扰。”
 
而数字化的趋势，已经来到雷达领域。那么数字雷达能够带来哪些优势？据Max Liberman介绍，通过数字化的解决方案，在标准的汽车雷达频率上使用数字编码的形式，对雷达信号进行编码，数字雷达可以为自动驾驶提供更好的探测性能，包括分辨率提高 16 倍、对比度提高 30 倍、目标反射功率提高 24 倍（可以探测距离更远的物体或行人），以及实现更好的抗干扰能力，以确保雷达与附近的其他雷达一起使用时不会受到信号干扰，这对自动驾驶安全来说至关重要。
 
单芯片集成带来降本趋势
 
从目前市面上的4D成像雷达产品来看，传统的Tier1供应商产品主要是采用多级联的方案，比如2片或4片MMIC以及非常庞大的数字处理器的方案。一般单片MMIC具有3发4收，所以4片MMIC（加上处理器）级联的4D毫米波雷达就可以达到12发16收，共192个虚拟通道。
 
当然，为了获得更好的性价比和稳定性，4D成像雷达制造商会采用单芯片集成的方案，比如Uhnder。谈到这两种技术路线，Max Liberman认为，随着产量的增加以及技术复杂性的提升，单芯片集成的方案会更具优势。
 
具体而言，Uhnder目前的数字雷达芯片能够提供192个虚拟通道（12发16收），如果终端客户产品用目前主流的FMCW芯片，要达到Uhnder数字雷达芯片提供的性能水平，需要级联4个FMCW芯片，同时需要添加一个处理器来处理电路集成，所有这些芯片都需要在非常高的频率下工作。

“这是一种非常复杂的设计，最终会导致系统的高功率、高成本和大尺寸等，并且仍然无法达到 DCM 技术固有的减少干扰的性能水平。此外，板上芯片越多，系统的可靠性也会随之降低。”Max Liberman补充道。
 
因此，在性能相比目前市场主流产品大幅提升的同时，凭借CMOS技术的集成优势，数字雷达采用的单芯片解决方案成本要更低。
 
新技术如何导入汽车供应链
 
尽管DCM技术的4D毫米波雷达有诸多优势，不过由于汽车行业的特殊性，往往对于新技术需要长时间的装车验证，才会被广泛接受，尤其是对于新技术较为谨慎的传统车企。
 
另一方面，数字雷达中采用到的DCM技术，与过去采用FMCW的毫米波雷达在原理上有所差异，所以对于工程师而言，可能也会因为这些差异而影响产品导入的进度。
 
对于DCM技术在成像雷达上的应用，Max Liberman认为技术差异对于工程师而言不会成为障碍。
 
“正如所有新技术都需要有一个接受期，工程师们也需要时间去熟悉和掌握这项新的技术。但一旦了解之后，你会发现其实DCM的技术原理并没有比FMCW复杂很多。因为我们其实已经在芯片层面解决了很多复杂的问题，这点也已经得到我们客户的充分验证，他们在实践中发现，他们可以把过去的很多经验和知识运用在DCM雷达上面。”
 
同时，Uhnder还会提供4D数字成像雷达解决方案相关的应用程序和软件工具支持，通过使用软件和各种可视化工具，客户可以快速熟悉Uhnder的解决方案，并在软件方面得到相应的服务支持。
 
Max Liberman还透露，Uhnder目前正在和许多Tier1、OEM厂商以及一些头部的自动驾驶汽车开发商合作，为他们提供现在市面上性能领先的雷达解决方案，同时采用Uhnder数字雷达方案的4D成像雷达，已经搭载在美国新势力车企Fisker的Ocean车型上。
 
“我们相信，对汽车驾驶安全的需求会始终存在，Uhnder也将持续开发并提供准确度更高的数字成像雷达传感方案，让我们的数字雷达能够和其他传感器实现更好的融合，为自动驾驶汽车提供更可靠的安全保障。我们希望可以凭借我们的专业知识以及持续的创新能力，继续推动数字雷达在电路以及软件设计方面的技术进步和创新，让未来道路上零交通事故死亡不再是一个愿景，而是一个现实。”