毫米波頻率高、波長(zhǎng)短，一方面可縮小從天線(xiàn)輻射的電磁波射束角幅度，從而減少由于不需要的反射所引起的誤動(dòng)作和干擾，另一方面由于多普勒頻移大，相對(duì)速度的測(cè)量精度高。在汽車(chē)主動(dòng)安全領(lǐng)域，汽車(chē)微波/毫米波雷達(dá)傳感器因?yàn)槟軌蛉旌蚬ぷ鳎皇芄饩€(xiàn)、霧霾、沙塵暴等惡劣天氣的影響，已成為業(yè)界公認(rèn)的主流選擇，擁有巨大的市場(chǎng)需求，因而也是汽車(chē)電子廠商當(dāng)前的主要研發(fā)方向。毫米波雷達(dá)同超聲波雷達(dá)相比，毫米波雷達(dá)具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。與紅外、激光、攝像頭等光學(xué)傳感器相比，毫米波雷達(dá)穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候全天時(shí)的特點(diǎn)。
▌雷達(dá)應(yīng)用市場(chǎng)
據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，隨著ADAS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，汽車(chē)微波/毫米波雷達(dá)傳感器市場(chǎng)的年均增長(zhǎng)率將高達(dá)23%，預(yù)計(jì)到2021年的市場(chǎng)需求總量將達(dá)5000萬(wàn)部。2015年中國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售量為2459.8萬(wàn)輛，保守按中國(guó)汽車(chē)銷(xiāo)售量中有20%（491萬(wàn)輛）裝配汽車(chē)微波/毫米波雷達(dá)傳感器的話(huà)，市場(chǎng)規(guī)模就很可觀，前景廣闊。
目前來(lái)說(shuō)，毫米波雷達(dá)的技術(shù)主要由大陸、博世、電裝、奧托立夫、Denso、德?tīng)柛５葌鹘y(tǒng)零部件巨頭所壟斷，特別是77GHz毫米波雷達(dá)，只有博世、大陸、德?tīng)柛?、電裝、TRW、富士通天、Hitachi等公司掌握。目前，博世的長(zhǎng)距離毫米波雷達(dá)產(chǎn)品是其核心產(chǎn)品，主要應(yīng)用在自巡航控制系統(tǒng)ACC和緊急自動(dòng)剎車(chē)AEB中；Hella則是以24GHz雷達(dá)為其核心，客戶(hù)范圍廣泛。
圖1 毫米波雷達(dá)
▌雷達(dá)方案對(duì)比
目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，24GHz毫米波雷達(dá)與77GHz毫米波雷達(dá)的主要區(qū)別在于以下幾點(diǎn)：
1）77GHz毫米波雷達(dá)的體積更小。24GHz毫米波雷達(dá)和77GHz毫米波雷達(dá)的性能及算法其實(shí)相差不遠(yuǎn)，更主要的差距還是在雷達(dá)體積上。由于24GHz雷達(dá)的頻率更低波長(zhǎng)更長(zhǎng)，因此雷達(dá)所需要的天線(xiàn)就更長(zhǎng)，做成小體積雷達(dá)的難度就更高，因此24GHz毫米波雷達(dá)會(huì)比77GHz毫米波雷達(dá)的體積更大，在追求美觀與輕量化的車(chē)載領(lǐng)域體積是個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
2）77GHz毫米波雷達(dá)所需要的工藝更高。77GHz毫米波雷達(dá)最大的制造難度體現(xiàn)在其工藝上，77GHz毫米波雷達(dá)由于體積小，其線(xiàn)路板的面積很小，因此射頻線(xiàn)路的設(shè)計(jì)難度非常高，成片的成品率也比較低。
3）77GHz毫米波雷達(dá)的檢測(cè)精度更好。相比于24GHz雷達(dá)，77GHz雷達(dá)的波長(zhǎng)更小，雖然繞射能力比24GHz雷達(dá)要弱，但是其檢測(cè)精度更高。因此未來(lái)對(duì)于檢測(cè)精度精益求精的自動(dòng)駕駛來(lái)說(shuō)，77GHz毫米波雷達(dá)無(wú)疑更具有一定優(yōu)勢(shì)。
4）24GHz毫米波雷達(dá)的射頻芯片對(duì)相對(duì)77GHz雷達(dá)射頻芯片更易獲取。各大廠商經(jīng)過(guò)多年對(duì)24GHz毫米波雷達(dá)的研發(fā)，市場(chǎng)上24GHz毫米波雷達(dá)的產(chǎn)品體系已經(jīng)相對(duì)成熟，供應(yīng)鏈已經(jīng)相對(duì)穩(wěn)定，在國(guó)內(nèi)，24GHz的核心芯片射頻芯片能從英飛凌、飛思卡爾等芯片供應(yīng)商獲得。但是，目前在全球范圍內(nèi)77GHz毫米波雷達(dá)芯片并沒(méi)有穩(wěn)定的供應(yīng)體系，由于相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)與合作協(xié)議的原因，英飛凌、飛思卡爾、意法半導(dǎo)體等芯片商對(duì)中國(guó)并沒(méi)有放開(kāi)77GHz雷達(dá)芯片的供應(yīng)，因此國(guó)內(nèi)77GHz毫米波雷達(dá)的開(kāi)發(fā)受到一些限制。
表1 77GHz雷達(dá)主要功能、性能參數(shù)表
全球發(fā)達(dá)國(guó)家向77GHz升級(jí)切換，24GHz產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)短期仍有市場(chǎng)?？紤]到中國(guó)的實(shí)際國(guó)情以及芯片研發(fā)進(jìn)度等行業(yè)特點(diǎn)，24GHz毫米波雷達(dá)在國(guó)內(nèi)仍有較大市場(chǎng)空間，相比全球而言我國(guó)77GHz毫米波雷達(dá)的大規(guī)模應(yīng)用將稍微推后。隨著技術(shù)的發(fā)展，77GHz毫米波雷達(dá)將在行業(yè)普遍產(chǎn)業(yè)化。
▌毫米波雷達(dá)測(cè)距原理
車(chē)載毫米波雷達(dá)主要應(yīng)用在汽車(chē)的防撞系統(tǒng)上。車(chē)載毫米波雷達(dá)利用電磁波發(fā)射后遇到障礙物反射的回波對(duì)其不斷檢測(cè)，計(jì)算出與前方或后方障礙物的相對(duì)速度和距離。當(dāng)車(chē)輛行進(jìn)中時(shí)，發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的雷達(dá)窄波束向前發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）信號(hào)，當(dāng)發(fā)射信號(hào)遇到目標(biāo)時(shí)被反射回來(lái)，并為同一天線(xiàn)接收，經(jīng)混頻放大處理后，可用其差拍信號(hào)時(shí)間差來(lái)表示雷達(dá)與目標(biāo)的距離，再根據(jù)差頻信號(hào)相差與相對(duì)速度關(guān)系，計(jì)算出目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的相對(duì)速度及危險(xiǎn)時(shí)間，從而通過(guò)防撞系統(tǒng)對(duì)車(chē)輛做出預(yù)判警告。
圖2 汽車(chē)防撞雷達(dá)原理框圖
目前，毫米波車(chē)載雷達(dá)系統(tǒng)的研究工作領(lǐng)先地區(qū)主要分布在美國(guó)、歐洲和日本。目前研究?jī)?nèi)容主要集中在兩個(gè)方面，即前視汽車(chē)?yán)走_(dá)(FCW)和自主巡航控制系統(tǒng)(ACC)
等。二者的區(qū)別在于前者只需完成危險(xiǎn)預(yù)警功能，而后者需要通過(guò)雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)車(chē)輛間距和相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度信息，自動(dòng)控制汽車(chē)的轉(zhuǎn)向、加速、減速或者剎車(chē)，從而自動(dòng)地調(diào)整己車(chē)與前車(chē)的間距或者相對(duì)速度使之保持在一個(gè)安全的范圍內(nèi)。從智能汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)看，目前已經(jīng)加速?gòu)念A(yù)警提示向閉環(huán)自動(dòng)控制功能升級(jí)切換。
圖3 車(chē)載雷達(dá)模塊
圖4 防碰撞功能
