2021年汽车毫米波雷达产业链报告(184页)
早在上个世纪60年代,美国交通部曾开展过毫米波雷达车载应用研究。直到80年代后期,毫米波雷达才摆脱“军用”标签,逐渐车载化。
1995年,三菱汽车Diamante首次采用基于毫米波雷达的车前距离控制系统,后者已具备自适应巡航(ACC)雏形;1999年,奔驰率先在S级轿车上应用Distronic(DTR)雷达控制系统,毫米波雷达距离大规模推广近在咫尺。
随着技术进步与辅助驾驶功能推广,车载毫米波雷达逐渐进入快车道。2015年,搭载Autopilot系统的特斯拉Model S量产交付,彻底引爆智能驾驶零部件市场。
毫米波雷达,是工作在毫米波波段(millimeter wave)探测的雷达。通常毫米波是指30~300GHz频域(波长为1~10mm)的。因为毫米波的波长介于微波和厘米波之间,所以毫米波雷达兼具微波雷达和光电雷达的部分优点。
目前汽车毫米波雷达频率分为24GHz,77GHz至79GHz三种频段。
4D成像雷达也属于毫米波雷达,是传统毫米波雷达的进化结果。在探测范围上,传统毫米波雷达仅可探测距离、方位以及速度三个维度。
4D毫米波雷达在原有距离、方位、速度的基础上增加了对目标的高度维数据解析,能够实现距“3D+速度”四个维度的信息感知,可以有效地解析目标的轮廓、类别、行为。
优势1:具备测高能力。相较于普通毫米波雷达,4D毫米波雷达由于在传统的探测距离、方位以及速度三个维度信息的基础上,多出了高度一维信息,即具备测高能力。可以有效地解析空中的天桥、路牌,和地面的减速带、金属井盖等目标的轮廓、类别,进而感知传统毫米波雷达无法识别的细小物体、静止物体或者横向移动的障碍物等。
优势2:探测距离有所提升。4D成像雷达相比于汽车的另外两双“眼睛”,看的距离更远。比如,采埃孚将于2022年向上汽集团提供的雷达,最远探照距离可达350m;华为发布的高分辨率4D成像雷达,探测距离可以做到300m,传统的通常为200m。所以值得肯定的是,4D成像雷达给自动驾驶系统留下更多处理时间,这是摄像头、激光雷达难以超越的优势。
优势3:点云密度上有所提升点云每个点都自带多普勒速度,在相同场景,4D毫米波雷达的点云分布与16线激光雷达有明显区别。前者每个目标点云更丰富,探测距离更远。
汽车毫米波雷达工艺进程
1.砷化镓(GaAs)
最大特点是速度快。但在砷化镓的毫米波雷达当中,由于金属层少、芯片集成度低,需要大量芯片搭建毫米波射频前端,导致雷达模块体积和价格不具备吸引力。导致半导体厂家都不愿意用这种工艺制造雷达。
2.锗硅(SiGe)
从2007年开始毫米波雷达市场渗透率开始有了质的飞跃,目前SiGe制程在24GHz和77GHz毫米波雷达中有着广泛的使用。
SiGe 工艺最早是由 IBM 于1998年推出的量产方案,之后便广泛用于无线通信IC 制程技术之一,也是目前较高端车型中普遍采用的量产77GHz毫米波雷达。其主要优势在于噪声低,动态范围大,且制程成熟,既拥有硅工艺的集成度、良率和成本优势,又具备第3到第5类半导体在速度方面的优点。
3.CMOS
相对于SiGe而言,CMOS整体造价又下降40%。其次,CMOS的集成度非常高,所以RF前端芯片占比下降,也加速设计开发的时间周期。
CMOS 工艺研发的难点一个是在CMOS本身能承受的功率较少。另一个就是CMOS 噪声较大,需要在硬件设计和降噪算法上多下功夫。
基于CMOS工艺的77GHz雷达进入市场时间较短,性能优化空间还非常大,国内厂商还需在CMOS上做更多的技术积累。
CMOS 工艺成主流,不仅可将MMIC做得更小,也可与微控制单元和数字信号处理(DSP)集成在一起,做成 SoC,实现更高的集成度,显著地降低系统尺寸、功耗和成本,还能嵌入更多的功能,也将处于快速增长期。
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