不同类型的雷达以及它们如何用于提高汽车的安全性。
通信和传感技术已经改变了汽车行业。汽车越来越多地包含了与环境交互的功能和系统，获得对周围空间的感知，与其他车辆和基础设施联网，并检测可能的危险来源。我们可以认为车辆已经获得了自己的“感官”:它们知道自己在哪里，现在可以看到、听到和感觉到周围发生的事情。
图1:传感器、导航和通信:汽车的“感官”。
汽车传感器是提高道路交通安全、达到自动驾驶4级和5级的关键。先进传感器技术的使用将通过预警信号和自动安全功能预防事故，从而实现“愿景0”的目标:到2050年交通事故死亡人数为零。从这个意义上说，欧洲议会于2019年批准了一项法律，规定从2022年5月起，所有新车必须配备智能速度辅助、先进紧急制动系统和车道保持系统等安全功能，从2024年5月起，现有车型必须配备智能速度辅助、先进紧急制动系统和车道保持系统。
此外，在买车时，安全措施也变得越来越重要。因此，自2020年起，欧洲新车评估计划(Euro NCAP)将紧急制动系统纳入评估。这迫使该行业加大努力，在车辆中加入新的检测功能。
在感知车辆周围环境方面有不同的选择。然而，对于全自动驾驶来说，需要不同传感技术的组合才能提供完整的360°检测。整个系统可以被视为汽车的“感官”，提供与周围环境互动的手段，并创建一个安全“茧”。每种技术都有其优点和缺点，如下表1所示，因此全自动驾驶将需要不同来源的组合，如图2所示。
表1:汽车应用中不同传感器技术的优缺点。
图2:ADAS/AD系统趋势:传感器集成化。
雷达是一项众所周知的技术，它依靠发射和接收电磁波来测量、探测和定位环境中的障碍物。雷达是专门用于汽车应用的，因为汽车是电磁波的良好反射器，因此可以准确地确定它们的距离、位置和速度。
在汽车环境中，根据应用的不同，调频连续波(FMCW)雷达用于不同的频段。FMCW雷达的原理将在下一篇雷达博客文章中解释。雷达的基本拓扑如图3所示。它包括一个或多个雷达MMIC收发器，连接到高性能处理单元(MCU或SoC)。芯片的拓扑结构和数量将取决于雷达模块在车辆上的位置及其必须覆盖的应用程序，如图4所示。
图3:雷达结构示例。
图4:不同雷达应用的组合。
国际电信联盟(ITU)根据其功能定义了两类汽车雷达系统:
雷达的类型也可以根据测量范围进行分类(图5):
图5:汽车雷达的典型范围和视场。
为了提供360°覆盖，需要在车上放置不同功能的雷达传感器，如图6所示。必须将所获得的数据进行组合，以获得周围环境的实时准确信息。
图6:将雷达传感器放置在汽车上，实现360°覆盖。
雷达传感器可以很容易地安装在汽车的常见部件后面，比如保险杠或公司标志，这样它们就看不见了，也不会影响美观。操作频率越高，这种集成就越容易，因为天线的大小(决定模块的大小)与波长成线性比例，因此与工作频率成反比。汽车雷达系统曾经使用四个主要频段，两个在k波段(大约24GHz)，两个在e波段(在76到81GHz之间)，如图7所示。
图7:汽车雷达频段。
然而，由于对射电天文和地球探测应用的干扰，24GHz频段将停止使用。作为一种替代方案，76 GHz ~ 81 GHz频段已被大多数国家接受为汽车雷达的频段。其中，1GHz带宽预留给LRR(76至77GHz)，而4 GHz带宽可用于需要更好分辨率的应用程序，如表2所示。
表2:根据国际电联建议书ITU- r M.2057-0, 76-81 GHz频段的典型汽车雷达特性
新的安全和舒适功能在新车上的整合导致了雷达市场的激增。汽车是这一市场增长最快的领域，预计到2025年将超过100亿美元，如图8所示。
图8:雷达市场的演变。(来源:Yole Report 2020)
如果我们只考虑雷达MMIC收发器，市场预测超过12亿美元，GaAs技术几乎消失，CMOS经历快速增长，到2025年成为主导技术。
图9:雷达MMIC市场每项技术的演变。(来源:Yole Report 2020)
雷达模块已经成为现代车辆的标准配置。虽然它们在距离分辨率方面存在一些相对于其他技术的缺点，但其可靠性和多功能性使其成为现代ADAS/AD系统中不可替代的部分。从76 GHz到81 GHz的更高频率的转变带来了新的技术挑战，但也使这一领域成为半导体行业新发展的激动人心的领域。
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