作为自动驾驶系统的“眼睛”,雷达通过对目标物体发射并接收电磁波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、多普勒频率、方位角、仰角等信息。相比摄像头等其他传感器,雷达几乎不受天气与光线的影响,能够实现全天时、全天候探测,因此也是实现高级别自动驾驶技术的关键传感器。 在过去的30年,大部分汽车雷达采用调频连续波(FMCW)技术,雷达信号处理是在模拟电路中完成的。近几年随着自动驾驶技术向更高级别过渡,对汽车雷达的分辨率和准确度提出了更高要求,更为先进的数字编码调制(DCM)技术受到了关注。在DCM中,信号处理主要以数字方式进行。本文将从多个维度探讨DCM 雷达的技术优势。 FMCW 与 DCM 雷达技术 FMCW 和 DCM 雷达的基本区别在于它们传输的信号。FMCW 传输信号的短脉冲,在其传输周期内频率会增加。在当前的汽车雷达中,FMCW信号通常占用 50MHz 的带宽。而DCM 雷达传输包含特殊编码序列的较长脉冲信号,占用 1GHz 至 2GHz 的带宽。 对比度 对比度是指雷达区分两个近距离目标的能力。也就是说,雷达能够检测到并分辨两个紧密间隔目标之间的反射信号差异。典型的例子是检测站在汽车旁边的儿童。相对汽车(强反射物)而言,儿童是弱反射物。 雷达发射和接收信号的天线是使用多个辐射元件构建的,具有较少天线元件的雷达具有较宽的主瓣和相对较高的旁瓣,因而对比度较低,无法区分距离很近的儿童和汽车。而具有较多天线元件的雷达,例如 Uhnder 的 DCM 雷达,会产生更窄的天线波束和相对较低的旁瓣(相对于主瓣),从而提供更高的对比度。 此外,DCM雷达的对比度优势还来自于 DCM 波形。DCM 使用调制到射频载波相位的扩频序列,这些扩频序列具有所谓的“处理增益”。也就是说,当接收信号与发出的信号相关时,接收到的信号会被放大。因此,回波也随着传输的扩频波形而被放大。这有效提高了雷达检测小目标(例如儿童)的能力。 抗干扰 随着新车上搭载的雷达数量越来越多,雷达间的信号干扰问题也日益引起重视。想象在两条车道上往相反方向行驶的两辆汽车,当它们靠近时,车上雷达发出的信号会相互干扰,从而影响探测目标的能力。基于 DCM 技术的雷达能够通过以下三种方式解决干扰问题。 •感应和监测干扰: DCM 雷达可以感应干扰源是来自 FMCW 还是 DCM 雷达的信号,并监测干扰,以减轻或避免干扰。 •减轻干扰:如果干扰信号在同一频段,并且与雷达接收回波的时隙重合,DCM雷达可以抑制或减轻这种干扰的影响。 例如,搭载 Uhnder 当前芯片版本的 DCM 雷达可同时减轻多达八个 FMCW 干扰。此外,由于每个 DCM 雷达发射的信号都有独特的扩频序列,具有相同序列的信号会被放大,而具有不同序列号的信号会被抑制,从而有助于 DCM 雷达减轻信号干扰。 •避免干扰:在感应和监测的基础上,DCM雷达可以改变其工作频段或传输时隙,以避免与工作在相同时隙和频段的另一台雷达发生冲突。 尺寸 雷达的尺寸很大程度上取决于天线的尺寸(发射和接收元件的数量)、印刷电路板(PCB)上的元件数量和散热要求。如果雷达消耗的功率更高,则需要更大的散热器(表面积),雷达尺寸也会更大。 我们知道,体积大的雷达很难安装在车上。为了减小雷达尺寸,一些设计人员考虑使用稀疏阵列来减小天线的尺寸。稀疏阵列具有更少的元件,但也意味着元件需要处理的信号更密集。大多数 FMCW 雷达无法支持这种处理能力,需要外部数字处理器支持,这在一定程度上增加了功耗、尺寸和成本。 搭载 Uhnder 芯片的 DCM 雷达外形小巧,从而为 OEM 及雷达供应商在设计传感方案时提供更大的灵活性。例如,汽车制造商可以并排使用3个超薄 DCM 雷达:使用1个用于短程探测,2个联合使用可作中程探测,3个联合使用可作远程探测。 模块化 模块化将有助于降低工程开发成本,并简化供应链和制造流程。通过模块化,制造商可以使用基本的雷达芯片构建短程(SRR)、中程(MRR)、远程(LRR)和超远程(SLRR)雷达,并通过软件编程实现不同的分辨率。 实现模块化有两种方法。一是将基本雷达芯片与额外的数字处理芯片级联,以构建更复杂的雷达。使用这种方法能够优化最简单且便宜的雷达解决方案,但同时整体成本和功率也会更高。许多 FMCW 雷达都采用这种方法。 第二种方法是构建功能更强大的、且支持编程的雷达芯片。使用这种方法,芯片成本会略微增加,但产品的总体拥有成本(TCO)依旧非常具有吸引力。这也是 Uhnder 的DCM 雷达芯片遵循的方法。Uhnder 的DCM 雷达芯片可通过编程选择发射器与接收器的数量。此外,芯片附带的可编程软件堆栈可以帮助制造商降低相关工程开发成本。 功率 目前市面上商用的 FMCW 芯片支持 3 或 4 个发射器和 4 个接收器(3×4 或 4×4),而 Uhnder 的 DCM 雷达芯片支持 12 个发射器和 16 个接收器(12×16)。雷达波的波束宽度与发射元件和接收元件数量的乘积成反比,波束越窄,分辨率越高,因此Uhnder的DCM雷达能够提供更高的分辨率。 虽然,3×4 或 4×4 FMCW 雷达芯片可以通过级联(3 或 4 个芯片)提高分辨率。 但在这种情况下,雷达需要 3-4 个雷达芯片和一个单独的数字处理器芯片,将各个 FMCW 雷达芯片的输出有效地组合起来。这意味着这种解决方案总共需要 4 或 5 个芯片,这些芯片还需要更精细的电源子系统,这样整体配置会比单个 DCM 雷达芯片及其电源消耗更多的功率。 关于功率,还存在一个误解是,由于 DCM…