干貨周記：毫米波雷達(dá)（三）-暢想篇（汽車電子20）

探索毫米波雷達(dá)的奧秘，從FMCW技術(shù)到CMOS工藝，再到與音頻處理器的奇妙相似，揭示雷達(dá)行業(yè)的快速發(fā)展與未來趨勢(shì)，包括4D雷達(dá)的普及、AI算法的重構(gòu)以及產(chǎn)業(yè)鏈的多元布局。

這期咱聊點(diǎn)有意思的。

開聊之前，咱先補(bǔ)充一下，前兩期沒提到的幾個(gè)點(diǎn)，作為補(bǔ)充：

毫米波雷達(dá)為啥愛用FMCW？這其實(shí)也是行業(yè)多年進(jìn)化的結(jié)果，CW只能測(cè)速度不可測(cè)距離，AMCW的探測(cè)時(shí)間太長(zhǎng)，F(xiàn)SK不可同時(shí)測(cè)量多個(gè)目標(biāo)。PSK在高分辨率時(shí)，信號(hào)處理復(fù)雜度太大。

當(dāng)前車載毫米波雷達(dá)MMIC的主要工藝類型，還是CMOS？因?yàn)樗銐虮阋?，且集成度高（可集成部分模擬和數(shù)字處理），有利于大規(guī)模量產(chǎn)。目前CMOS的28nm，40nm制程，也已能滿足77GHz的頻率要求（但也幾乎接近CMOS上限了），大概對(duì)比如下：

其他幾個(gè)小點(diǎn)：

雷達(dá)角度分辨率≈波束的寬度，天線越多，波束越窄，分辨率就越高。

FMCW的Tchirp間隔一般≥10us，這為了讓PLL有穩(wěn)定時(shí)間，避免內(nèi)部鎖相環(huán)失鎖。CHIRP斜率越大，相同距離條件下它所需的ADC采樣率越大。且算距離分辨率時(shí)的FFT點(diǎn)數(shù)更少，造成精度更差。

探測(cè)距離（200米是及格線）、角分辨率（1°以下才能分清相鄰車道）、刷新率（常見為30Hz）、抗干擾（128個(gè)目標(biāo)同時(shí)追蹤才算真本事）、ADC采樣率（50MHz以上才能更遠(yuǎn)）等規(guī)格，是實(shí)戰(zhàn)中常常關(guān)注的指標(biāo)。

一、有趣的發(fā)現(xiàn)：雷達(dá)處理器竟和音頻處理器如此相似？

如果咱把毫米波看作一種特殊的聲波，那就有意思了：

“發(fā)射天線”就是“喇叭”。二者都是電信號(hào)->物理信號(hào)，發(fā)送信號(hào)出去，通常也都需要PA的助力。

“接收天線”就是“麥克風(fēng)”。二者都物理信號(hào)->電信號(hào)，接收信號(hào)回來，也都可做波束成形，感知目標(biāo)的方位。經(jīng)過LNA等處理后，送給ADC。

雷達(dá)通過相位控制天線陣列實(shí)現(xiàn)目標(biāo)角度估計(jì)（如汽車?yán)走_(dá)的俯仰角測(cè)量），音頻通過麥克風(fēng)陣列定位聲源方向（如智能音箱的語(yǔ)音喚醒）。

“MMIC收發(fā)機(jī)”就是“Codec編解碼器”。二者均為數(shù)字和模擬世界的橋梁，有各自的信號(hào)收發(fā)機(jī)制，也都包含ADC、LNA、LPF等必要的前端處理。

“目標(biāo)跟蹤”就是“語(yǔ)音增強(qiáng)”，前者更喜歡用“卡爾曼濾波”，后者則愛用“維納濾波”。（具體可參考之前文章：《干貨周記：趣說“語(yǔ)音降噪”（一）（番外篇17）》）

“CFAR”就是“VAD”。這哥倆，一個(gè)在電磁世界追兇，一個(gè)在聲波宇宙鑒聲，都被用來判斷是否存在目標(biāo)信號(hào)。前者通過計(jì)算噪音和雜波統(tǒng)計(jì)特性，動(dòng)態(tài)設(shè)置檢測(cè)閾值，再根據(jù)閾值判斷是否有目標(biāo)信號(hào)。后者也是根據(jù)信號(hào)/噪音能量、頻譜等特征算出一個(gè)閾值，通過閾值判斷是否有語(yǔ)音信號(hào)。

“多普勒濾波”就是“譜減法降噪”，目的都是干掉背景干擾，給信號(hào)降噪。

“脈沖壓縮”就是“DRC動(dòng)態(tài)范圍控制”，二者都是通過對(duì)信號(hào)的定向處理，提升局部分辨率。

“微動(dòng)多普勒特征”就是“MFCC梅爾倒譜系數(shù)”，二者都是通過時(shí)/頻譜變換，抽象出目標(biāo)信號(hào)的特征。

看到這，有沒有覺得雷達(dá)和音頻，只是頻率不同的親兄弟？二者甚至還能在應(yīng)用上，相互借鑒。比如：

一、算法移植。雷達(dá)的稀疏信號(hào)恢復(fù)算法，可用來優(yōu)化音頻的帶寬擴(kuò)展。音頻中的深度學(xué)習(xí)降噪模型（如RNNoise）改進(jìn)后，也能用于雷達(dá)雜波抑制。

二、交叉參考。毫米波雷達(dá)的波束成形芯片設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可提升麥克風(fēng)陣列的指向性精度；音頻Codec的低功耗設(shè)計(jì)方法，可優(yōu)化雷達(dá)接收機(jī)的能效。

這么像，難怪Cadence的Tensilica也分別有面對(duì)雷達(dá)（Vision 1xx DSP系列）和音頻（HiFix DSP系列）的IP核，

二、毫米波雷達(dá)，未來發(fā)展趨勢(shì)

標(biāo)配，從功能件到標(biāo)品。隨著智駕的普及，再加上毫米波雷達(dá)的全天候特性，它在未來將是標(biāo)配。這一點(diǎn)，現(xiàn)在的車上就已初現(xiàn)端倪，我們或多或少都能找到毫米波雷達(dá)的影子，常見為4個(gè)角雷達(dá)和一個(gè)前向雷達(dá)。

降價(jià)，極致內(nèi)卷。就像攝像頭和激光雷達(dá)一樣，毫米波雷達(dá)的價(jià)格也一定會(huì)被打下來。這里不僅指毫米波雷達(dá)本身，還包括其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。比如：雷達(dá)處理的中心化，從原來每個(gè)雷達(dá)都有個(gè)邊緣雷達(dá)處理器，可能會(huì)普及衛(wèi)星架構(gòu)，即雷達(dá)里不再放處理器，直接傳原始數(shù)據(jù)到中央ECU，統(tǒng)一計(jì)算。

4D毫米波雷達(dá)普及（包括前向雷達(dá)和角雷達(dá)）。更多的通道+俯仰角，可形成高密度點(diǎn)云，這對(duì)傳感器數(shù)據(jù)融合很關(guān)鍵。應(yīng)用場(chǎng)景：城區(qū)復(fù)雜路況的行人/自行車識(shí)別、高架橋下定位、隧道內(nèi)目標(biāo)追蹤?？傊?，由奢入儉難。

AI重構(gòu)算法鏈。比如，基于深度學(xué)習(xí)的目標(biāo)檢測(cè)模型，直接處理原始ADC數(shù)據(jù)，可使暴雨、大雪等極端天氣下的虛警率下降80%。再比如，通過神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識(shí)別非剛性目標(biāo)微動(dòng)特征（如行人擺臂頻率、動(dòng)物肢體運(yùn)動(dòng)），區(qū)分活體與非活體目標(biāo)。這對(duì)OMS艙內(nèi)毫米波雷達(dá)應(yīng)用也有參考意義。

傳感器深度融合。比如在原始數(shù)據(jù)層，就融合毫米波雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，通過AI模型實(shí)現(xiàn)跨模態(tài)特征對(duì)齊。以解決"鬼影"、夜間低光照?qǐng)鼍跋碌哪繕?biāo)分類等棘手問題。

三、產(chǎn)業(yè)鏈玩家

MMIC主要供應(yīng)商

型號(hào)

加特蘭微電子

如：4T4R的GLM3220

矽杰微

如：3T4R的SRV3401

毫感科技

如：最新發(fā)布的MVRA288，8T8R

斯凱瑞利

如：4T4R的RC7711C

英飛凌

如：CTRX8191, 英飛凌首款28nm CMOS工藝的4T4R MMIC，支持4D雷達(dá)級(jí)聯(lián)

NXP

如：TEF810x系列：基于40nm CMOS工藝

TI

如：4T4R的AWR2544等眾多型號(hào)

瑞薩

如：4T4R的RAA270205

DSP/FPGA/MCU主要供應(yīng)商

型號(hào)

加特蘭微電子

如：Andes系列架構(gòu)

NXP

如：S32R45等DSP

TI

如: C66X, C674X, TDA2X等DSP, AWR2944 SoC

ST

如：STM32F7等MCU

賽靈思

如：Zynq UltraScale+系列FPGA

美高森美

現(xiàn)Microchip旗下，如：M2GL010等FPGA

阿爾特拉

現(xiàn)英特爾旗下，如：Cyclone V， Stratix 10等FPGA

英飛凌

如TC356,TC397等MCU

另外，值得注意的是，Cadence也提供了一些用于毫米波雷達(dá)處理器的IP核（如Tensilica Vision341 DSP），很多廠家也可以放到自家芯片中。

高頻板材供應(yīng)商：

羅杰斯，泰康利，雅龍，滬電股份，生益科技等

Tier1：

博世（Bosch）、大陸（Conti）、電裝（Denso）、德賽西威、華為，華域、寶隆、森斯泰克、楚航科技，幾何伙伴，行易道等。

從3D到4D，毫米波雷達(dá)的迅猛發(fā)展，正在突破各種結(jié)界。當(dāng)一眾車廠秣馬厲兵，頻頻放出“智駕”大招，當(dāng)國(guó)產(chǎn)供應(yīng)商們摩拳擦掌，紛紛加入這場(chǎng)自動(dòng)駕駛的"突圍戰(zhàn)"...

你的下一輛車，會(huì)選誰(shuí)呢？