【導(dǎo)讀】環(huán)境感知是自動(dòng)駕駛的核心前提，雷達(dá)技術(shù)是ADAS應(yīng)對(duì)復(fù)雜環(huán)境的基礎(chǔ)。隨著自動(dòng)駕駛升級(jí)，傳統(tǒng)雷達(dá)局限凸顯，4D成像雷達(dá)應(yīng)運(yùn)而生。本文聚焦4D成像雷達(dá)，解答其定義與核心價(jià)值，剖析單芯片8x8雷達(dá)收發(fā)器（如AWR2188）簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、提升擴(kuò)展性及支持衛(wèi)星雷達(dá)架構(gòu)的作用，清晰指引其賦能自動(dòng)駕駛的技術(shù)邏輯與實(shí)踐路徑。
圖 1 4D 成像雷達(dá)可提供高分辨率數(shù)據(jù)，包括道路上物體的高度
要釋放自動(dòng)駕駛功能的潛力，需要高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 能夠可靠地收集詳細(xì)的環(huán)境數(shù)據(jù)流，包括與其他物體的接近程度、汽車周圍和前方物體的類型（其他汽車、人員、障礙物）以及汽車行駛的速度。
雷達(dá)仍是一項(xiàng)基礎(chǔ)技術(shù)，使 ADAS 能夠更好地感知車輛周圍環(huán)境并對(duì)其做出反應(yīng)，尤其是在惡劣天氣條件下，這類環(huán)境不僅會(huì)降低駕駛員的視敏度，還會(huì)限制視覺和光傳感器的精度。
4D 成像雷達(dá)等雷達(dá)技術(shù)的創(chuàng)新在支持高分辨率感應(yīng)的同時(shí)添加了垂直角度測(cè)量以及衛(wèi)星雷達(dá)配置，正加速推動(dòng)汽車行業(yè)向更高層次的自動(dòng)駕駛發(fā)展，其分類標(biāo)準(zhǔn)由汽車工程師學(xué)會(huì)制定。
這些創(chuàng)新和單芯片雷達(dá)收發(fā)器可簡(jiǎn)化全面、高分辨率雷達(dá)傳感的實(shí)現(xiàn)，從而以更高的精度跟蹤和識(shí)別附近或正在靠近的物體。
什么是 4D 雷達(dá)？它對(duì)自動(dòng)駕駛有什么影響？
汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)通常在車輛的前后角使用短距離和中距離雷達(dá)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)檢測(cè)、車道保持輔助以及前后側(cè)向來(lái)車警示。位于車輛前部的遠(yuǎn)距離雷達(dá)傳感器可處理自動(dòng)緊急制動(dòng)和自適應(yīng)巡航控制。4D 成像雷達(dá)通過(guò)添加垂直角度測(cè)量功能來(lái)擴(kuò)展 3D 雷達(dá)的功能（如 表 1 所示），允許車輛檢測(cè)橋梁和隧道等結(jié)構(gòu)的高度。
表 1 傳統(tǒng)汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的核心功能
結(jié)合距離、水平位置和速度數(shù)據(jù)，ADAS 功能可以檢測(cè)物體并區(qū)分道路上的碎屑、障礙物、車輛、路面、行人，甚至是蹲在車輛旁更換輪胎的人員。這些感應(yīng)功能可實(shí)現(xiàn)車輛周圍物體的高分辨率可視化 (圖 1)。
除了擴(kuò)展物體檢測(cè)范圍外，4D 成像雷達(dá)在精度上也有所提高。與激光雷達(dá)或攝像頭不同，4D 成像雷達(dá)依靠回聲定位，使用無(wú)線電波來(lái)確定物體的位置、速度和形狀，從而監(jiān)測(cè)環(huán)境和車輛狀況。由于無(wú)線電波的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，可以穿透雨、霧和灰塵等顆粒，因此 4D 成像雷達(dá)在能見度較差的惡劣條件下具有比激光雷達(dá)或攝像頭更好的性能。
4D 成像雷達(dá)從多輸入多輸出天線陣列獲取數(shù)據(jù)，便于進(jìn)行高分辨率映射。由于許多天線向周圍環(huán)境中的目標(biāo)發(fā)送信號(hào)，并接收這些目標(biāo)反射的信號(hào)，該天線陣列會(huì)生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，從而改善環(huán)境建模和物體分類的精度。
單芯片 8 x 8 雷達(dá)芯片如何簡(jiǎn)化 4D 雷達(dá)設(shè)計(jì)？
實(shí)施 4D 成像雷達(dá)給汽車原始設(shè)備制造商 (OEM) 帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的雷達(dá)系統(tǒng)通常需要級(jí)聯(lián)多個(gè)芯片，以實(shí)現(xiàn)高分辨率成像所需的天線陣列尺寸和通道數(shù)，因此增加了系統(tǒng)復(fù)雜性、功耗和成本。這種集成還需要更多的熱管理和更大的印刷電路板尺寸，使得車輛設(shè)計(jì)和制造變得復(fù)雜。
例如，使用 4 x 4 收發(fā)器實(shí)現(xiàn) 8 x 8 配置需要兩個(gè)級(jí)聯(lián) 4 x 4 收發(fā)器以及 PMIC、額外的外設(shè)和更大的電路板來(lái)對(duì)兩個(gè) IC 進(jìn)行布線。這增加了整體系統(tǒng)復(fù)雜性、功耗和系統(tǒng)成本。單芯片 AWR2188 收發(fā)器可自行實(shí)現(xiàn)此配置，同時(shí)僅需將四個(gè) 8 x 8 器件級(jí)聯(lián)在一起即可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 32 x 32 的可擴(kuò)展性，顯著降低了系統(tǒng)復(fù)雜性。
圖 2 顯示了 AWR2188 收發(fā)器如何從 8 x 8 配置級(jí)聯(lián)到 16 x 16、24 x 24 和 32 x 32 配置。這種高水平的可擴(kuò)展性使 1 級(jí)汽車供應(yīng)商和 OEM 能夠滿足消費(fèi)者對(duì)改進(jìn)功能和更高自動(dòng)駕駛水平的需求。
圖 2 具有 AWR2188 4D 雷達(dá)收發(fā)器的 8 x 8 至 32 x 32 級(jí)聯(lián)配置
級(jí)聯(lián)這些器件可幫助設(shè)計(jì)人員在 >350m 處實(shí)現(xiàn)更高的性能和更精確的遠(yuǎn)距離物體檢測(cè)（如 圖 3 所示），同時(shí)還提供從具有成本效益的獨(dú)立實(shí)施方案到優(yōu)質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)的可擴(kuò)展開發(fā)路徑。
圖 3 4D 成像雷達(dá)可擴(kuò)大覆蓋范圍
單芯片 8 x 8 雷達(dá)收發(fā)器如何支持衛(wèi)星雷達(dá)架構(gòu)
為了支持復(fù)雜的 ADAS 功能，汽車?yán)走_(dá)正在從傳統(tǒng)的邊緣雷達(dá)架構(gòu)（在每個(gè)傳感器上處理數(shù)據(jù)）向衛(wèi)星雷達(dá)架構(gòu)（車輛周圍的雷達(dá)收發(fā)器提供原始數(shù)據(jù)以供中央電子控制單元 (ECU) 處理）發(fā)展。
通過(guò)衛(wèi)星架構(gòu)的分布式配置，中央 ECU 可以更輕松地構(gòu)建全面的環(huán)境視圖，更大限度地縮小覆蓋范圍差距，而不是像傳統(tǒng)的邊緣雷達(dá)配置那樣在邊緣處理數(shù)據(jù)。
在衛(wèi)星架構(gòu)中，中央 ECU 通過(guò)其高水平的計(jì)算資源最大限度地減少了延時(shí)，從而使車輛能夠更快地響應(yīng)傳感器數(shù)據(jù)。
現(xiàn)代傳感器集成越來(lái)越多地使用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)框架來(lái)組合來(lái)自成像系統(tǒng)和雷達(dá)傳感器等多個(gè)輸入源的數(shù)據(jù)，從而通過(guò)極少的處理或原始傳感器輸入來(lái)提高系統(tǒng)性能。將未過(guò)濾的數(shù)據(jù)流傳輸?shù)?CPU，為車隊(duì)之間基于軟件的產(chǎn)品差異化和運(yùn)營(yíng)適應(yīng)性創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，這是傳統(tǒng)架構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。
AWR2188 支持兩種架構(gòu)，旨在與行業(yè)領(lǐng)先的處理器生態(tài)系統(tǒng)集成，助力設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)更高級(jí)別自動(dòng)駕駛車型時(shí)，能夠更輕松地采用衛(wèi)星雷達(dá)架構(gòu)。圖 4 是使用 AWR2188 傳感器的衛(wèi)星架構(gòu)方框圖。
圖 1 4D 成像雷達(dá)可提供高分辨率數(shù)據(jù)，包括道路上物體的高度
總結(jié)
4D成像雷達(dá)通過(guò)功能擴(kuò)展與精度提升，為自動(dòng)駕駛的環(huán)境感知提供了更可靠的解決方案，是推動(dòng)自動(dòng)駕駛向更高層次發(fā)展的核心技術(shù)支撐。而單芯片8x8雷達(dá)收發(fā)器（AWR2188）的出現(xiàn)，不僅成功解決了傳統(tǒng)4D雷達(dá)設(shè)計(jì)中的復(fù)雜性、功耗與成本難題，更憑借高可擴(kuò)展性適配不同級(jí)別需求，同時(shí)兼容邊緣與衛(wèi)星兩種雷達(dá)架構(gòu)，為衛(wèi)星架構(gòu)的落地提供了有力保障。這些技術(shù)創(chuàng)新不僅優(yōu)化了當(dāng)前ADAS的性能表現(xiàn)，更為自動(dòng)駕駛車型的軟件差異化、快速響應(yīng)能力提升奠定了基礎(chǔ)，將持續(xù)加速汽車行業(yè)向高級(jí)別自動(dòng)駕駛邁進(jìn)的進(jìn)程，為未來(lái)智能出行筑牢技術(shù)根基。
