军转民技术性能没的说

Uhnder引入汽车应用的DCM雷达来源于军事应用,这一美国军方技术具有环境探测精准、探测范围广和弹性高的特点。此前由于价格过高,一直没有进入汽车等大容量应用场合。

从模拟到数字的根本转变已改变了一些行业应用,如广播、电视、视频和蜂窝通信。数据可以很容易地存储和回放,实现先进的信号处理算法,现在,数字处理的多种优势正在进入汽车应用,可以提供:

具有保真度的可重复性

可预测性

改进的动态范围

纠正模拟损伤,进一步简化模拟设计,从而实现更宽的动态范围

过去,数字处理量越大,功耗也越大。随着通信和计算行业的进步,如先进信号处理、先进CMOS技术和低功耗高速模数转换器,使得设计符合汽车行业日益增长需求的低成本高效的DCM雷达系统成为可能。转折点已经出现,DCM技术有望填补自动驾驶汽车从L3到L5之间的技术空白,最终实现可靠的全自动驾驶。

DCM波形在许多方面与CDMA相似,后者过去20年中已用于蜂窝系统,并已在军事系统使用了40多年。类似的数字雷达技术现在可供汽车雷达设计师使用,使车辆更安全,并能够应对增强自动驾驶的挑战。

对于自动驾驶车辆产业,这一进展非同小可。Uhnder的全数字4D软件定义成像雷达技术可增强分辨率和侦测能力,提升人员、道路与城市的安全性。用DCM取代传统的模拟频率调制的突破性架构实现了无与伦比的角分辨率和抗干扰性,还可以实现HCR,解析出传统雷达传感器在过去侦测不到的并列物体。这将推动汽车雷达过渡到DMR。

DCM与FMCW有什么不同?

ADAS和AD可以减少90%的事故,并显著减少汽车事故中的死亡人数,这一点非常重要。为了进一步提高ADAS的自动化功能,实现更高级别的AD,对改进汽车雷达系统的需求不断增加。

先来回顾一下美国汽车工程师学会(SAE)定义的驾驶自动化的六个级别——从无自动化(L0)到全自动化(L5)。由于雷达可以在夜间和严重影响视力的天气条件(如雾、雪和暴雨)下工作,因此是实现车辆自动化的必要传感器。与基于视觉的系统相比,雷达还具有固有检测多普勒的优势,这使其能够非常精确地估计运动物体的速度。

车辆自动化级别

迄今为止,汽车上最常用的雷达技术是FMCW雷达。在传输、接收及用于确定环境中物体的距离、速度和角度的相关信号处理方面,FMCW与数字调制雷达(特别是采用数字编码调制(DCM)的数字调制雷达)的特性有很多不同。

传统FMCW与DCM雷达的比较

通过对这两种雷达系统的比较,可以加深人们对数字雷达的熟悉程度,更好地认识数字雷达的潜在优势。其两个新的优势基准在于:

HCR是分辨大目标旁边的小目标(如卡车前面的小孩)的关键

干扰敏感系数(ISF)表征了雷达对自干扰和交叉干扰的恢复能力。

这些基准对于理解雷达在用例中的价值是必不可少的,这些用例对于实现更高的自动化至关重要。

干扰鲁棒性对汽车应用不可或缺

如前所述,对来自其他雷达的干扰信号的鲁棒性是汽车应用中雷达操作的一个重要方面。ISF是衡量雷达抗自干扰和交叉干扰能力的指标。它受潜在干扰雷达使用的调制方案的影响。

典型雷达系统要么脉冲发射信号,要么连续发射。在脉冲雷达系统中,信号只在一定的短时间间隔内发射,然后发射机保持沉默,再重复此过程。接收机感测反射信号到达的相对时间,以估计目标的各种参数(如距离、速度)。在连续波雷达系统中,信号是连续传输的。

DCM雷达发射正弦信号,其中正弦信号的相位以数字方式变化。接收的信号可以使用匹配滤波器进行处理,或者与发射信号的各种时延相关,以便可以估计目标的重要参数。

DCM使用CDM-MIMO,其中的不同发射机采用唯一的扩频码。在每个接收天线处,使用与每个发射机信号匹配的滤波器。在发射时可以使用彼此正交的扩频码来减少自干扰,但这要牺牲较大的自相关旁瓣。在扩频码的自相关特性和互相关特性之间存在一种折衷。互相关表示来自使用不同扩频码的不同天线的干扰量,而自相关表示来自一个扩频码的自干扰。通常,互相关特性越好,自相关特性越差。

随着雷达在车辆上的部署日益增多,未来所有雷达面临的主要挑战之一是来自其他雷达的干扰。一般来说,汽车雷达天生容易受到来自附近干扰源的干扰,因为干扰源的传输在受影响雷达处比从目标接收到的信号更具优势。在直接视线干扰情况下,受影响雷达的干扰功率具有单向传播损耗。另一方面,被测目标的反射信号会有双向传播损耗。

随着多个雷达在“近距离”和直接视线内同时工作的潜在扩散,随着部署更多雷达,相互干扰将增加。受影响雷达试图确定视野中的目标,但干扰雷达基本上干扰了受影响雷达。

干扰场景示例

汽车雷达波形和处理通常会导致干扰信号的宽带噪声样频谱,这可能会增加整体噪声下限。干扰的影响可以用干扰噪声比(INR)来衡量。

DCM技术之所以成熟

传统上,汽车雷达系统采用FMCW/FCM类型的雷达信号。使用FMCW/FCM,一些信号处理是在模拟电路(混频器、滤波器)中完成的。在DCM中,模拟电路仅用于恢复所接收信号的带限基带版本,且信号处理(如匹配滤波等)主要以数字方式执行。因此,DCM雷达摆脱了FMCW/FCM的简单模拟处理,实现了更先进的数字处理。这需要DCM雷达以比FMCW/FCM(几十MHz速率)更高的速率(GHz范围内)实现模数转换。而这一直是将DCM技术以经济高效的方式引入汽车应用的主要障碍之一。

传统上,FMCW/FCM雷达使用硅锗(SiGe)技术实现RF电路和模数转换器,而数字处理是在单独的处理器或微控制器(MCU)中完成的。CMOS技术的进步使得RF电路的实现和随后的数字处理集成,以及RF/模拟处理,都可以在一个芯片上实现。一些制造商已经为汽车雷达应用开发了基于CMOS的FMCW/FCM解决方案。

不过,这些解决方案并没有使用最先进的CMOS技术所提供的全部功能。CMOS RF设计已经得到证实,而DCM雷达所需的低功耗高速(2+G采样/秒)模数转换器可以用CMOS技术实现。这些功能,再加上具有智能硬件和软件分区的成本和功耗有效的数字设计,正在使DCM雷达成为汽车应用的现实。

Uhnder的RoC集成了一个77-79GHz的收发器,有12个发射通道和16个接收通道,可被时间复用到两组天线,覆盖方位角和仰角。该RoC架构可以处理多达192个虚拟接收通道,无需额外增加RF PCB电路,从而实现高角度分辨率。

灵活的专用硬件加速器可以用来处理高速数字基带信号,通用处理器可以对提取的数据进行操作,以执行特定于应用的操作。

基于片上DCM,麦格纳开发的ICON RADAR? 在高分辨率汽车雷达方面设立了新的标准。它采用市场上最小的雷达芯片和最高的处理能力。完全模块化和可扩展解决方案提供了水平和垂直检测的4D扫描能力,可以区分相邻的目标,实现了业界首创的远距离(100米)和300米范围内的雷达行人检测。

加速自动驾驶的催化剂

数字硬件可以化解模拟处理的挑战,数字和模拟电路的联合设计可以实现比汽车半导体行业典型的单独模拟和数字设计更好的性能。这种集成、灵活的芯片设计允许用软件修改雷达性能,以满足客户和应用要求,而不采用设计定制芯片的冗长和昂贵的方法。

可靠、安全、设计友好的DCM雷达的大规模部署的关键因素是技术。Uhnder打开了这扇大门。片上数字雷达可以50+fps(每秒传输帧数)前所未有的分辨率运行,探测丰富的4D环境,检测和跟踪成千上万的物体。它将使ADAS和AD达到新的水平,并成为加速自动驾驶的催化剂。