本文来源于2016年T行神州总第48站“自动驾驶与高级辅助驾驶发展的核心要素：高精度地图、环境感知、智能决策”主题活动，南京隼眼电子科技有限公司张慧“77GHz车载毫米波雷达发展趋势及开发应对”演讲部分整理。

    非常荣幸能够来到这里参加业内非常高端的论坛，受施雪松先生的委托，今天我代表隼眼科技给大家做一个简短的汇报，汇报的内容是77GHz车载毫米波雷达的发展趋势以及隼眼科技的开发应对。



    这个介绍主要是分四个方面来展开，因为这个可能是偏底层一些，偏技术层面一些。第一个层面的，主要是讲77GHz毫米波雷达发展趋势，从芯片和系统两个层面来去展开。第二个是介绍一下国内毫米波雷达的一个发展现状。第三个是隼眼科技的毫米波雷达的一个RoadtlMap，第四个是77GHz毫米波雷达测试标准以及隼眼科技针对相应的标准展开的测试方案和测试的进展。

    在此之前，我先简单的介绍一下隼眼科技。隼眼科技是2015年的4月份在南京成立的。同时也是东南大学信息科学所在地，并且成立了汽车技术联合研究中心，专门针对77GHz毫米波雷达专门展开研究，东南大学也派出了大概10位教师和几十位研究生，在相关的领域，主要是天线、毫米波前端、雷达系统全方位的来切入，全力的配合和支持隼眼在这个领域实现国产化的突破。我本人，同时也是东南大学毫米波国家重点实验室的教师。



毫米波雷达的三种设计

    主要的汇报一下毫米波雷达的发展趋势，因为毫米波芯片是毫米波雷达里面的一个核心部分，从技术层面来看一看芯片的发展趋势。作为毫米波雷达的一个核心部件，毫米波芯片在这个系统中占据的份量非常之重。目前毫米波芯片主要是由国外一些著名的厂商来把持。随着这个领域越来越热，像一些国际大厂在这个领域也在快速的布局和切入，而且可能到今年年底会有大量的产品出来。

    从工艺上看，目前在毫米波芯片上主要存在着三种。一种是砷化镓工艺，性能比较高、输出工艺比较高，噪声做的很低，这样的话，能够远距离进行毫米波雷达的探测。主要的问题在于成本很高，量产之后还是很高，另外集成度比较低，对受模糊的电路不能做到有效集成。

    在车载雷达越来越向消费电子转化的过程当中。还有一个工艺在于它有非常高的集成度和很好的成本，集成度可以做的很高，像混合电路可以集成进去，相对砷化镓的工艺而言，输出功率可能会稍微低一点，噪声可能会差一点，这也就同时限制了它可能无法在远距离毫米波探测上发挥更大的作用。但是对于车载一般两百米以内的探测是足够的。目前像ST等厂商都有自己工艺的芯片。另外一个工艺可能真正的做到单片化解决方案，而且成本还要低一个量级，主要的问题是发射率比较低，噪声更差一些，这样的话更加限制在远距离的探测。我们的判断可能是在未来相当长的时间内占据一定的主流。

毫米波雷达发展现状，技术国外把持

    另外一个是毫米波芯片的集成度，到今年年底包括Infineon、NXP、ST、ADI他们都已经推出或者即将推出77GHz毫米波雷达单芯片产品的解决方案，这个芯片实际上是非常震撼的。目前为止我们国内，包括国内的雷达厂商所开发、所用的毫米波芯片是有差的。这样的商品开发难度会比较高一点，他们目前要发布的就是这些单片的方案，VCO、DDS、ADC全部集成在芯片里。一般会做两发三收、三发四收这种解决方案，到后面的话，另外一个很显著的趋势，会把雷达信号处理器也集成在单芯片里，可能是可预见将来的一个比较终极的解决方案。除了芯片所有的都集成在里面了。

   从芯片工作频率上来看，目前76-77GHz，77-81GHz已经开放了。77到81主要是用于短距离高分辨的雷达应用，76-77主要用于长距离应用。国际上目前主要的产品也目前在76-77，77-81近距离高分辨率的雷达也正在开展之中。

毫米波雷达设计车内和车外的差异

    另外一个层面，雷达系统的设计。刚才讲了芯片层面，现在是雷达系统上。我们也看了很多毫米波雷达，目前多数的雷达传感器，主要还是安装在车外的前保险杠的位置。像沃尔沃的XC90和S90，比如说德尔福的雷达已经装在了前挡后视镜的位置。在车内安装和车外安装有显著的不同，主要是以下几个方面。

    第一个是通用性方面，车外的安装基本上只能使用于前装的系统，因为它需要跟车体进行联合的设计。跟车体的融合位置和校准，都是需要车厂或者4S店来去完成。车内安装不仅可以用做前装，更重要的可以用做后装。我们作为终端消费者，可能感受到产品的最直观的形式，比如说像行车记录仪一样，可以在淘宝上或者电商平台上，能够随心所欲的选择自己所喜欢的后装产品，而且它便于安装、使用。其实这也是一个发展趋势。

    车外安装探测距离在同样的发射功率的情况下，车外安装因为没有玻璃的阻挡，可以做到比较远，车内相对来说距离会比较近。从安装维护角度来讲，因为车外安装是一旦发生事故，就是说它实际上是第一道防线，跟前保险杠是一起的，会首当其冲的受到损害。而且一旦损害之后，不管雷达有没有损害，肯定要拿去维修或者是到4S店去标定，而且这些所有的工作都是终端客户所不能解决的。从安装维护角度上来讲，它实际上是比较差的。车内安装的话，相对来说它好的多，因为它难遇到这种危害。

    可融合性上主要讲的是跟光学、传感器、摄像头的融合度。目前在车外安装都是单雷达方案，如果有融合是把摄像头放在车内。其实车内摄象头、车外雷达，这样的话存在的问题就是它们不在一个光学中心上。就是雷达的天线中心和摄像头的光学中心、光流不在一起。实际上差别还是大的，对于后端的融合会有困难的。车外的安装实际上可以做到一体化，光流和电流是一样的。

    车外和车内的区别，车内要克服夹层玻璃，我们测试过，对毫米波的反射是明显的，德尔福也有文献，也做过相关的测试，跟我们的数据也是很吻合的。为了达到同样的探测距离，设计的难度是比较大的。

    这里面也简单的说一下，比如说左边的图是装载设备前挡的雷达，右边是XC90车里面，德尔福的一个雷达。刚才驭势的黄总提到，前一段时间特斯拉发生的事故，因为它不能够识别出，就是没有能够准确的识别出横切过来白色的货车，当时我们也留意到官方给出的结论，除了摄像头因为是长焦的原理，长焦和短焦的问题导致的问题。另外毫米波雷达的问题，为什么毫米波雷达它也会没有准确的报警？这里面有一个原因，它用了非常著名厂家的雷达，这雷达本身是没有问题的，但是装在车外前保险杠的位置，这个位置是很低的。所以官方给出的解释是，由于雷达安装的位置比较低，货车的车身位置比较高，它这个雷达波直接从下面传过去，没有形成有效的反射，所以说它就没有报警，主要是这个问题。在同样的情况下，同一部雷达，如果从车身外面转移到上面，车身的高度明显的会提升，所以这个上面已经能够有效的克服这个问题。当然更深层次的问题，我们后面还会来谈到。

特斯拉自动驾驶出事的成因：毫米波雷达缺陷

    另外一个，雷达传感器的探测范围。目前多数的车载雷达探测主要还是水平方向，说是二维其实是一维，一个是距离维，另外一个是水平维，实际上是一维。垂直方向的天线波数，一般我们所有看到的基本上都是设计为窄波数，也就是说主要是为了减少地面回波和空中的干扰，比如说来自高架桥和路牌的干扰。目前只有富士雷达实现水平和垂直方面的探测，称之为3D探测，除了距离维实际上是在平面上来进行扫描探测。

    本质上解决特斯拉遇到事故的问题，它不仅是水平上的，如果垂直上面也有扫描，就从本质上来解决这个问题。这个也必然是后面的一个发展趋势，几乎可以肯定的是往这个方向发展，而且我们现在也在做这些工作。

    另外一个毫米波雷达，我们感觉一个比较终极的发展方向，就是3D成象。目前不管2D探测还是3D探测，主要是毫米波雷达目标探测场景的设立。最终就是说，因为我们毫米波实验室，同时也在承载很多项目，包括一些军方项目或者说一些重大项目，这些项目里面很多的研究，也就是说毫米波成像，包括遥感、近距离成像，反恐的成像，用毫米波来实现成像。这里面实际上就是实现了同光学视觉、人眼视觉高度类似的感觉，给人的感觉就像照片一样。所以说它的成像效果非常好，给人的感觉直观。但是这个成本比较高，目前不能用于商用，但我们认为它必将是一个发展的趋势。

    另外一个是雷达传感器的应用，主要是目标的这些特性，比如说大小、目标的姿态，包括探测的范围，包括探测的距离，包括跟什么融合，跟另外的产品进行融合，各个方面它其实都有一些发展的趋势。

国内毫米波雷达发展现状，路漫漫其修远兮

    最后，跟大家一起探讨一下国内产品的一些现状，可能在座的各位专家应该比我们了解的更为深刻，因为都是业界内的。我们理解，目前国外的产品输入现状一个是芯片、一个是系统，这是两个层面。这两个层面国外的厂家其实都实现了垄断，因为他们发展的比我们早，有很多的积累，而且在商用策略上有很多的优势。就毫米波芯片而言，目前国外的芯片厂商对我们采用的是限代和限制销售的策略。既使是销售的话，它也是实现了代差销售，不会把最新的一代拿出来，拿出来的都是落后一代甚至两代的产品，我们也拿国外的毫米波芯片。我们也深刻的感受到这些情况，这都是实际发生的，而且目前我们看到的，国内所有的做毫米波雷达系统的厂家，基本上都存在这个情况。

    就雷达系统上而言，这个主要用于车厂。一般毫米波雷达可以把价格定的比较低，但是它不单买，它是要打包销售，就是要买整套的解决方案，包括其他所有的平台加在一起的解决方案，实际上把这个价格又提高了。既使是这样，它同时还是在毫米波雷达产品上实现了代差的销售，也不会把最新一代产品拿到国内，尤其是拿到国产车上。

    另外一个，国内自主产品的研发现状，还是采用代差的芯片，实际上会有一些芯片不足的情况，可能会需要我们的厂商要非常有相应的实力，能够去解决它。既使它有一些相关的不足和缺陷，我们要能够在系统上予以弥补。

做毫米波雷达，前景广阔，投资高昂

    另外一个是与国内毫米波雷达发展的毫米波仪器，毫米波仪器价格是比较昂贵的，因为毫米波很多年来都是一个比较冷门的专业。大部分的项目，还集中在国防上面。民用上面因为之前都没有发展到这个阶段，实际上是很冷门的，只是到了这两年才开始热起来。但是这么多年下来，会导致发展很受限，尤其是很不足的是仪器的价格非常的昂贵。初步测算一下，要配齐一到所用的毫米波系统，至少要千万级以上的仪器成本。另外雷达系统，人才也是很缺乏的。他们是长期在体制内工作，获取这些高端人才其实是比较困难的。

    这个是隼眼77G毫米波雷达产品RoaclMap，我们在2015年公司刚成立的时候，那个时候没有获得国外的毫米波芯片，我们利用分立的毫米波芯片来搭载VR系统，并且在这个系统上进行全方位的评估和方案论证。我们现在做的是基于国外芯片平台，并且改进了它的一个设计。用了两发六收的毫米波雷达系统，因为这个芯片是代差的芯片，有一些自身的特点，我们提升了独特的方案。比如说闭环的视频方案，及波形产生的功能，同时我们也提出了一些专利自主的天线方案，包括类似于中长距立体化的天线，不用切换，直接可以实现中长距的监护。比如说博世有长距离和中距离，我们可以一部雷达解决长距离和中距离的探测功能。后面的话，我们会很快启动3D的雷达，采用了更多的通道。同时我们也启动针对77到81GHz近距高分辨率的雷达探测传感器的设计和研发工作。

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