突破国产77GHz毫米波雷达拦路虎 需要解决哪些难题?

2017-11-13  |  By Clover  |  In 新闻

当我们谈到自动驾驶汽车,免不了会说到毫米波雷达和激光雷达。

当前,固态激光雷达离商业化还有一段距离,中国激光雷达初创企业为争夺市场,踊跃登上自动驾驶/ADAS领域的舞台。而毫米波雷达面临着不同的窘境,因为技术原因,我国的毫米波雷达普遍集中在24GHz频段的产品线上。

此外,毫米波雷达具有重要的战略意义,它可广泛应用于超高速短距离通信、长距离星际通信、精密跟踪、空间成像、弹道测量、导弹制导、汽车、船舶、飞机等动力系统防撞,无人机、反恐安检、毫米波医学治疗等领域。该产业的发展将促进我国军事和民用工业的发展。

图1 毫米波雷达测试

毫米波雷达对自动驾驶汽车的意义

自动驾驶汽车采用的是民用级的毫米波雷达,车载毫米波雷达测距具备有探测性能稳定的特点。毫米波雷达不易受对象表面形状、颜色以及大气流的影响,具有环境适应性能好的特点,在雨、雪、雾等环境下也能较好运行。以下为各类传感器产品优劣势对比图:

图2 无人车上各类传感器产品优劣势对比

看到这里,可能会有朋友指出,2016年5月的特斯拉汽车致死事件。特斯拉的调查报告显示:在蓝天背景下,白色的卡车容易被识别为云彩,同时,拖挂卡车侧面从特斯拉驾驶辅助系统的视角看是悬浮在地面上的,该情况导致了系统的漏检。

据媒体报道,Model S车型使用了多种传感器,其中就有前保险杠下方的毫米波雷达。而此次事故中,毫米波雷达并没有发挥作用。特斯拉公司归因于Model S上的毫米波雷达系统安装位置过低。该公司强调,一般的毫米波雷达垂直视角在±5°以内,导致当事故车靠近拖挂卡车侧面时,雷达波束从下侧穿过了卡车。

虽然,当前在自动驾驶汽车领域,支持激光雷达的呼声很高。但是其成本动辄上万人民币,而毫米波雷达成本一般都控制在1000人民币以内。另外,在雨、雪、雾等特定环境下,激光雷达的性能可能会受到干扰,而毫米波雷达却能正常发挥其效用。基于以上特性,以特斯拉为代表的车企成为毫米波雷达的忠实粉丝就不足为奇。

24GHz与77GHz毫米波雷达的区别

车用毫米波雷达工作频段为21.65-26.65GHz和76~81GHz,主流车的工作频率是在24GHz、77GH、79GHz三个频率段附近。频率越高,其波长越短,天线尺寸和体积也就越小。因此,高频段的毫米波雷达具备更高的性能,更宽的带宽,更好的分辨率优势。

目前,国内外毫米波雷达以24GHz(MRR 短中距离雷达)和77GHz(LRR 长距离雷达)为主流,79GHz及以上的产品目前尚在实验室阶段。

针对已成熟应用于汽车上MRR和LRR,VehicleTrend车势做了以下表格:

图3 24GHz产品与77GHz产品的优劣势对比

业界也有一种声音:24GHz产品终究要被77GHz产品代替。据预测,截至2020 年,在全球自动驾驶汽车领域,将可消耗7000 万支毫米波雷达产品。另外,2015~2020 年车载毫米波雷达年均复合增速约为24%。而24GHz产品与77GHz产品在本质上区别不大,同时,77GH产品还具备体积、分辨精度优势。随着该产业的进一步发展,技术的更新迭代将顺其自然的发生。因此,77GHz被认为是未来的主流方向。

当前在中国的实际情况是:24GHz毫米波雷达仍然是主流。这与我国进入毫米波雷达产业较晚,77GHz产品技术难以突破,有着十分重要的联系。

发展77GHz毫米波雷达 需要克服哪些难题?

  • 国产77GHz产品面临的困境

目前,在全球毫米波雷达市场上,占主导地位的是德国、美国、日本等国家。由于毫米波雷达技术涉及到敏感领域,为防止该技术被中国复制,技术领先的国家对中国采取了技术封锁的手段。直至今日,60GHz以上的毫米波雷达产品都被禁止运输到中国。

77Ghz毫米波雷达的核心技术掌握在博世、德尔福、奥托立夫、大陆等跨国巨头手里,其产品不单独向中国销售,只为提供全套系统,价格相当昂贵。而且,整套系统中也不会配备最新一代的77GHz产品。就连进口汽车上采用的77Ghz毫米波雷达,也是国外早前几代的产品。

先进技术进不来,本土的技术又无突破性进展,这是中国毫米波雷达产业当下面临的最大窘境。

  • 需要解决三大难题

既然从外部无法获取最新技术,那么从内部来自我提升是唯一的出路。当前,我国77GHz毫米波雷达面临着许多问题,需要我们集中力量来解决。

1.人才储备不足。培养雷达系统和毫米波射频设计人才,才能从根源上解决毫米波雷达产业人才储备不足的问题。不过人才的培养也面临着许多困难,外国的技术封锁使得中国缺少系统的知识储备。这需要政府、企业和科研人员共同努力,为技术的突破创造条件。

2.成本控制苛刻。要想在与国外77GHz毫米波雷达的竞争中取得有利地位,其产品成本应该控制在100美元以内。严苛的成本控制,致使初创企业只能选择主流的T/R组件和芯片定制。在发展初期,企业应顺应主流趋势,当积累了一定的资本和技术之后,再考虑差异化的发展。

3.大批量生产困难。实际上,中国部分企业的77GHz毫米波雷达技术已经有了突破,但是直至今日,仍未有大批量产品的出现。这与77GHz毫米波雷达可靠性设计苛刻,验证过程复杂有关。研发一款毫米波雷达产品,保证其可靠性,不仅要求在系统、材料、软硬件、结构、测试验证、生产工艺、一致性等方面都做到万无一失,而且还要通过繁复的验证过程。

另外,其批量生产测试校准的装备开发难度极大。批量生产需要搭建测试装备,其难度难度超过研发毫米波雷达本身。或许,这才是导致无法大批量生产最主要的因素。由于国外的技术封锁,我们无法引进相关设备,只能靠自主研发。所以,当前我国应该优先解决测试设备问题,建立起健全的机制,完善相关制度,促进产业有序发展。

综上所述,我国77GHz毫米波雷达产业化之路艰苦卓绝。不过近年来,部分先进企业已经在这条路上进行摸索,并有了一定的成绩。多家媒体报道,我国77GHz毫米波雷达技术有了新的突破。其厂商最新进展详见下表:

图4 中国毫米波雷达代表公司最新动态

技术突破是第一步,接下来需要突破的是大批量量产的问题。解决困难,迎难而上,潜心研发,力求突破的企业值得肯定,期待它们能做出更多的成绩!

  • 国产毫米波雷达的机遇

值得一提的是,今年 3 月交通部推出新规定: 9 米以上营运客车必须安装 LEW(车道偏离预警系统)和 AEB(自动制动系统),过渡期 13 个月,未来将推广到货运车领域。客车与货车配套的雷达产品需要有200米以上的探测距离,为77GHz毫米波雷达的发展创造了条件。

距离该规定正式实施还有半年,毫无疑问,新规将对毫米波雷达产业产生积极的影响。希望在市场红利的作用下,我国毫米波雷达能突破重围,能早日从24GHz升级到77GHz,甚至是更高频段的79-81GHz。

文章来源:VehicleTrend车势 作者:Clover

 



 

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