在汽車主動安全領域，汽車微波/毫米波雷達傳感器因為能夠全天候工作，不受光線、霧霾、沙塵暴等惡劣天氣的影響，已成為業界公認的主流選擇，擁有巨大的市場需求，因而也是汽車電子廠商當前的主要研發方向。而目前，汽車毫米波雷達的主要頻段為24GHz和77GHz（日本還采用60GHz以及臺灣使用的79GHz），而77GHz被認為是未來的主流方向因此成為各大廠商角逐焦點，那么77GHz毫米波雷達研發難點是什么？24GHz以及77GHz毫米波雷達將會以何種形式存在？對此《華強電子》邀請國內外毫米波雷達企業進行探討。

行車環境無死角可視化，毫米波雷達市場可期

眾所周知，毫米波雷達的主要作用為測距，對于半自動和全自動駕駛汽車而言，激光雷達、毫米波雷達和“激光+毫米波雷達”是三種主要的傳感測距方案。雖然激光雷達和毫米波雷達都是主動式測量，但激光雷達發射905nm ~1550nm的激光作為檢測信號（1400~2000nm為人眼安全范圍），而毫米波雷達則采用K、W波段的電磁波來進行目標檢測。

根據IHS Automotive的預測：2014年全球防碰撞傳感器（微波雷達、攝像頭、超聲波、激光）的整體市場規模將達到39.4億美元；預計到2020年，這一市場的規模預計將激增至99億美元，其中2020年微波雷達市場將達43.8億美金，微波/毫米波雷達的滲透率也將達到10%。

沈陽承泰科技CEO陳承文

沈陽承泰科技CEO陳承文指出，激光雷達屬于點測量，分辨率高，并且高端型號可以通過色差信息分辨車道線，所以在早期的無人駕駛車輛和機器人上得到廣泛應用，但其復雜的“電子+光學+機械結構”導致成本高昂和可靠性較差，并且在雨雪等惡劣天氣下無法工作。

而毫米波雷達依靠目標RCS（雷達散射截面）進行檢測，其全天候工作能力強，可靠性高、性價比高，但在目標類型和環境細節感知上不足。

陳承文告訴記者，自2015年開始，基于視覺和毫米波雷達的ADAS（高級駕駛輔助）以及ACC（自適應巡航）、AEB（自動緊急制動）已經陸續在國內外各款車型上開始裝備，并預計在2020年左右達到普及。屆時按照中國2500萬輛乘用車和1000萬輛商用車的年產量，50%的裝車率和每輛車平均3只雷達的安裝數量，僅國內汽車前裝市場的毫米波雷達年需求量就將超過5000萬只，同時后裝市場也將涌現大量需求，由此可以看出汽車毫米波雷達市場需求強勁。

英飛凌科技（中國）有限公司汽車電子高級應用工程經理Kevin Wu對此表示同意。“毫米波雷達利用射頻電磁波，激光雷達則使用激光束來測量目標與車的距離。掃描激光雷達系統可幫助探測路面上的小物體。這兩種互為補充的傳感器可提供自動駕駛所需的冗余及實現全天候應用。”Kevin Wu預計汽車行業從2020年左右開始上路的自動駕駛車輛，可能至少要配備10套雷達測距系統。

此外由于雷達研發時間長，技術壁壘高，所以英飛凌通過收購荷蘭的激光雷達技術公司Innoluce，從而全面擁有適用于這三種傳感器方案的技術專長，進一步鞏固其在自動駕駛領域的領先地位。

24GHz與77GHz應用有別 深耕24GHz毫米波雷達仍有可為

產業界普遍認為，從ADAS到無人駕駛的演進，是汽車大變革時代的發展趨勢；而毫米波雷達傳感器扮演著汽車的“眼睛”，是ADAS、無人駕駛的核心傳感器部件之一，能夠為車輛提供環境感知數據。

目前來看汽車毫米波雷達主流的頻段為24GHz和77GHz兩種，國外傳統零部件巨頭，在這個領域起步較早，77GHz開發進程較先進，雷達傳感器已開始廣泛應用在中高端車型上。Kevin Wu強調，有著強大傳感器技術積累的英飛凌通過創新的系統設計解決方案和行業領先的生產工藝，不僅能滿足車用毫米波雷達需要的極其苛刻的品質要求，還大大降低了毫米波雷達系統的成本。這使得現在僅限于高檔汽車的毫米波雷達系統將會逐漸在其他車輛上普及，同時這也是毫米波雷達產品能夠廣泛在中國普及的先決條件之一。

截止2016年底，全世界所有新車裝備的77-GHz雷達系統有半數以上配備來自英飛凌科技股份公司的芯片。從統計數字上看，這意味著大約十五分之一的新車將配備采用英飛凌77GHz雷達芯片的駕駛輔助系統。Kevin Wu自信的告訴記者，全球最大的五家雷達系統制造商已有四家采用來自英飛凌的77GHz雷達芯片。

在77GHz毫米波雷達芯片處于國外壟斷的形勢下，國內廠商要如何應對？從國內毫米波雷達廠商現狀來看，24GHz技術已經比較成熟，在汽車上的使用需求也呈現出一種標配之勢，而77GHz毫米波雷達由于技術限制，突破國外壟斷，實現量產及商業化都仍需一段時間，但在此階段下24GHz與77GHz由于在所提供的功能上存在差異因此將在很長一段時間內共存。

在車載領域24GHz雷達傳感器可實現的功能有：盲區監測（BSD）、車道變換輔助(LCA)、后向碰撞預警(RCW)、前/后向目標橫穿預警（F/RCTA）、開門警示（DW）以及自動泊車等；而77GHz雷達傳感器的應用系統相對是汽車駕駛輔助的高級階段，主要實現自適應巡航（ACC，Adaptive Cruise Control）、自動緊急制動(AutomaticEmergency Brake)等功能。

廈門意行半導體科技有限公司首席技術官楊守軍博士總結稱，24GHz毫米波雷達所提供的功能或系統只會向駕駛員發出警告，避免可能的碰撞發生，人的手（轉向）、腳（剎車）仍然控制車輛；而77GHz所帶來的高階功能使得車輛開始分擔駕駛員的制動、油門等部分控制權，即實現干預輔助類功能，完成環境感知——決策——執行，這個階段是自動駕駛的重要環節之一。

廈門意行半導體科技有限公司首席技術官楊守軍博士

從車載領域具體的應用現狀來看，77GHz主要解決車前面的自適應（ACC）雷達，24GHz主要解決的是車后面及四周的中短距離應用的場景，如盲點偵測（BSD）/車道切換輔助（LCA）等。由于歐美起步早，ACC已有相應的標準，再加上頻段高相應的技術壁壘也要高，造成了進入77GHz的門檻較高。

“其實，國內的ACC標準于2006年就已經有了，可悲的是標準很超前，自主企業到目前為止還沒有一家。當前自主產業現狀基本上是：77GHz毫米波雷達系統都是國外巨頭廠家提供，而自主的24GHz雷達剛打破國外壟斷，逐步出現，也是未來要放量的熱點產品。”楊守軍指出，自動駕駛是ADAS系統演進的終極目標，是需要經過多個階段逐步實現的，而智能網聯汽車是當前產業界努力的方向，因此未來5~10年，24GHz雷達依然是市場的主力產品。

楊守軍嚴肅地指出，雖然當前車廠被國外巨頭們洗腦，但市場需要的是在復雜的場景下，能夠更好解決問題且價格可接受的產品，目前77GHz雷達的分布位置和24GHz雷達完全不同，發揮著不同的功能作用。

24GHz頻段，主要是24~24.25GHz ISM頻段，是全世界免授權的頻段。并且，隨著低成本毫米波雷達傳感技術的發展，還有可以解決很多問題的產品形態出現，如：后備箱開啟用到的腳踢傳感器，車四周監控用到的侵入傳感器等等。只要標準沒有嚴格禁用，便不會革命性的消失。總體來說，就是需要產業人進行更多的創新，同時上升到標準，讓自主產業獲得更多的市場份額。

由于國內自主24GHz雷達產業鏈已打通，產業規模日益壯大，產業供應鏈從自主核心芯片（24GHz雷達射頻芯片）、毫米波雷達技術、ADAS雷達產品、汽車應用（包括前裝、后裝）等逐步成熟，加之各大整車廠（合資、國有、民營等）均已形成了各自的供應體系。因此楊守軍預計，國產24GHz毫米波雷達傳感器2017年將批量化進入汽車前后裝市場，毫米波車載雷達產業鏈企業，進入收獲期，業績將高速發展。而77GHz雷達傳感器國內受多方面因素的制約，僅有少數的幾家廠商開始研制，尚無可批量化生產的能力。

此外，陳承文也稱，毫米波雷達24GHz和77GHz由于產品市場生命周期的原因，相當長時間內會長期并存。在成本上，24G汽車毫米波雷達將達到200元人民幣以內的成本區間，77G汽車毫米波雷達將達到500元人民幣以內，隨著CMOS工藝MMIC的技術演進，77G毫米波雷達也將進入300元人民幣以內的成本區間，因此在很長一段時間內無論是功能上還是成本上24GHz對于國內廠商仍具有非常廣闊的市場空間。

77GHz毫米波雷達市場  國內廠商尋突破

從終端配置來看，中高端品牌汽車已普遍配備24GHz、77GHz雷達以實現智能駕駛輔助（或主動安全功能），雷達逐漸向中低端車型滲透，行業預計到2020年77GHz毫米波雷達有望成為A級乘用車、商用車等車型的標配。在市場需求催化以及國外77GHz毫米波雷達雙重壓力下，國內廠商如何才能突破國外廠商77GHz毫米波雷達從天線設計到整個系統的技術壁壘？

對此，在與北京郵電大學及與各大高校合作下成功推出一款高性能、高集成度、可產品化的CTLRR-100_KIT型77GHz毫米波雷達開發平臺的沈陽承泰向記者分享了在此過程中承泰科技面臨的種種技術挑戰以及解決方案。

陳承文介紹到，CTLRR-100_KIT套件主要包含77G毫米波雷達模塊、配套線纜連接器、電源適配器、GUI控制軟件等標配部件，以及MCU開發環境、程序加載燒錄器、雷達安裝支架、三腳架、角反射器、室外測試供電單元等可選配件。

值得一提的是，該套件可廣泛用于汽車ADAS系統、智能交通、工業測控、醫療健康、航空航天、學術研究等領域的技術研發，是一個性能穩定、簡單實用、快速上手的軟硬件一體化開發平臺。

眾所周知77GHz的毫米波雷達，其本身的波長短，頻率高。因此在天線設計上，陳承文強調主要有以下四個挑戰：一是需要根據雷達產品本身的設計規格進行正向設計與仿真：阻抗、增益、水平/垂直波瓣夾角等來確定微帶陣列數和陣子數量，根據旁瓣抑制來確定切比雪夫加權系數等，這一個過程的數據處理之復雜，光第一版的仿真承泰用24核的高性能服務器運行了一個月；二是根據板材和天線罩材料介電常數確定線寬、線距、板厚、銅厚、表面處理工藝、間距、裝配精度要求等，這一過程的精度要求極高，失之毫厘謬以千里；第三是在單板面積極其有限的情況下有效布局和等長走線，CPWG、SIW等；最后是燒錢的測試驗證和射頻調優過程。

此外，毫米波雷達在汽車上裝配的時候需要根據安裝高度和安裝位置進行調整和標定，特別是正前方安裝的ACC、AEB雷達，水平角和俯仰角的安裝精度都要在1°以內，同時還需要在裝配線上使用特定的設備進行機械對準，同時啟動雷達上電運行進行參數自校正進行標定。而多雷達情況下，需先完成主雷達的標定，再完成輔助雷達的標定，同時需要采用帶目標模擬功能的毫米波雷達綜測儀設備。

對于外露型車載雷達，在設計上需要考慮除冰裝置。陳承文稱，通常的做法是在天線罩內置電熱絲，但是由于電熱絲本身的金屬材質和通電后產生的電磁場會對雷達波產生影響，因此電阻絲的布放位置和繞線方式需要特別考量。

除此之外，最為關鍵的是在車載領域，行人檢測一直是ADAS乃至無人駕駛技術最難突破的點。對此，毫米波雷達是否能夠取得一些突破？楊守軍保守的說到：“當前車載領域，毫米波雷達的產品形態主要有自適應巡航雷達（ACC）、盲點偵測（BSD）/車道切換輔助（LCA）雷達，這一些都不具備對行人檢測功能。因為，靜止目標很多，導致毫米波雷達的背景雜波很復雜。從這一些雜波中識別出（或去區別）出相對路面靜止物體，當前還難以做到，因此毫米波雷達主要還是對于運動目標更加容易檢測出來。而這一場景問題，需要射頻、激光等技術手段進行定量的識別。”

但陳承文持有不同觀點，并強調，行人檢測涉及毫米波雷達關鍵機密，前面講到毫米波雷達是基于RCS進行目標檢測和目標識別分辨的，而行人也是有雷達回波的，只是行人的RCS只有普通轎車的1/100，因此車載毫米波雷達要做到行人檢測，有以下幾個方面的挑戰：首先，行人的RCS只有普通轎車的1/100，那么在信號頻譜上的幅度就要小很多，因此需要雷達的信噪比做到特別優秀，底噪抑制、收發隔離度、VCO（壓控振蕩器）線性度和抖動，這些都需要特別的考慮，在射頻鏈路的設計上需要進行大量的計算、仿真與測試；其次，行人走動和靜止時候的特征頻譜是可以通過數據訓練獲得的，國外有研究機構進行過專項研究，有些論文文獻可以參考，但是實際產品算法調優需要大量的反復測試驗證；最后，要檢測路面上的靜止物體，需要在雷達信號處理和數據處理中，進行地雜波的動態抑制消除，這部分也是需要大量的反復測試驗證。

由此可以看到，雖然國外77GHz毫米波雷達占據先發優勢，但國內廠商在技術上的跟進速度也不容小覷。值得一提的是，除在天線設計、安裝調整與標定等方面取得較大突破外，在一向棘手的行人檢測方面，毫米波雷達的加持或許還能起到幫助作用，這對自動駕駛技術來說，無異于如虎添翼！