繼特斯拉自研4D毫米波雷達(dá)后,蔚來(lái)也加入了,不過(guò)蔚來(lái)用的是NXP的方案,性?xún)r(jià)比要比特斯拉高得多。
圖片來(lái)源:NXP
毫米波雷達(dá)是可靠性最高的傳感器,沒(méi)有之一,必須配備。
4D毫米波雷達(dá)主要是增加了高度探測(cè)。圖片來(lái)源:NXP
4D毫米波雷達(dá)的原理非常簡(jiǎn)單,就是將傳統(tǒng)的3D毫米波雷達(dá)級(jí)聯(lián),增加通道數(shù),也就是MIMO,多輸入多輸出系統(tǒng)(MIMO,Multiple Input Multiple Output)原本是控制系統(tǒng)中的一個(gè)概念,表示一個(gè)系統(tǒng)有多個(gè)輸入和多個(gè)輸出。如果將移動(dòng)通信系統(tǒng)的傳輸信道看成一個(gè)系統(tǒng),則發(fā)射信號(hào)可看成移動(dòng)信道(系統(tǒng))的輸入信號(hào),而接收信號(hào)可看成移動(dòng)信道的輸出信號(hào)。MIMO雷達(dá)的基本含義是 :雷達(dá)采用多個(gè)發(fā)射天線(xiàn),同時(shí)發(fā)射相互正交的信號(hào),對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射,然后用多個(gè)接收天線(xiàn)接收目標(biāo)回波信號(hào)并對(duì)其進(jìn)行綜合處理,提取目標(biāo)的空間位置和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息。
MIMO雷達(dá)虛擬陣的一個(gè)典型應(yīng)用是用于雷達(dá)二維成像 ,雷達(dá)二維成像的距離分辨力 主要取決于雷達(dá)信號(hào)的帶寬 ,方位分辨力主要取決于天線(xiàn)的波束寬度。要提高成像的距離分辨力,需要增加雷達(dá)信號(hào)的帶寬是相對(duì)比較容易的。而要提高雷達(dá)信號(hào)的方位分辨力,需要增大天線(xiàn)或陣列的孔徑,MIMO 雷達(dá)是利用多發(fā)多收的天線(xiàn)結(jié)構(gòu)等效形成虛擬的大孔徑陣列 ,獲得方位上的高分辨力。而這種虛擬陣的形成是實(shí)時(shí)的,能夠避免傳統(tǒng)的ISAR成像中存在的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題。故MIMO 雷達(dá)在成像應(yīng)用上有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。
德州儀器多個(gè)79GHz雷達(dá)級(jí)聯(lián)響應(yīng)圖
圖片來(lái)源:德州儀器
上圖為德州儀器測(cè)試的多片級(jí)聯(lián)雷達(dá)(MIMO)的FFT輸出圖,很明顯通道數(shù)越多,精細(xì)程度就越高。
2發(fā)4收MIMO雷達(dá)
圖片來(lái)源:麥姆斯
2發(fā)4收MIMO雷達(dá)就是8通道,5發(fā)8收就是40通道,一般傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)是3發(fā)4收,兩個(gè)級(jí)聯(lián)就是6發(fā)8收,即48個(gè)通道。而全球目前最頂級(jí)的毫米波雷達(dá)是大陸汽車(chē)的ARS540,它4片3發(fā)4收的芯片級(jí)聯(lián),就是192通道。
圖片來(lái)源:特斯拉
特斯拉用了兩顆3發(fā)4收雷達(dá)收發(fā)器級(jí)聯(lián),大概率是德州儀器的AWR2243,也就是48通道,遠(yuǎn)低于大陸汽車(chē)ARS540的192通道。
NXP毫米波雷達(dá)產(chǎn)品線(xiàn)
圖片來(lái)源:NXP
NXP的設(shè)定中,入門(mén)級(jí)的4D毫米波雷達(dá)或者叫圖像雷達(dá),是采用4片TEF82XX收發(fā)器級(jí)聯(lián),一片S32R45配合做運(yùn)算,高端的可采用6-8片TEF82XX收發(fā)器級(jí)聯(lián),需要兩片S32R45做運(yùn)算。
圖片來(lái)源:特斯拉
特斯拉毫米波雷達(dá)處理部分PCB,用了AMD旗下Xilinx的FPGA,型號(hào)是XA7Z020-1CLG400Q,內(nèi)含兩個(gè)ARM A9核心,130級(jí)萬(wàn)門(mén)電路,53200個(gè)LUT,DSP算力276GMACs,價(jià)格大約40-60美元,國(guó)內(nèi)價(jià)格比較高,在900-1800人民幣之間。還有一片美光的DDR3,容量125MB,型號(hào)MT41K64M16TW-107 AUT,價(jià)格大約1美元。上方的可能是以太網(wǎng)物理層或者M(jìn)IPI CSI-2物理層芯片,還有些供電。BOM成本大約115美元,還有5美元的PCB。特斯拉的毫米波雷達(dá)大概率是中國(guó)臺(tái)灣廣達(dá)電腦或和碩代工的。
NXP使用ASIC,價(jià)格比FPGA自然要低不少,估計(jì)大概是20-30美元。
一個(gè)圖像雷達(dá)的樣品。圖片來(lái)源:NXP
圖片來(lái)源:大陸汽車(chē)
ARS540的天線(xiàn)板,似乎是用了沉金工藝,12發(fā)16收,4片MR3003級(jí)聯(lián)。
NXP 4D圖像雷達(dá)應(yīng)用框架圖
圖片來(lái)源:NXP
TEF82xx是3發(fā)4收,4片級(jí)聯(lián)就是192通道,8片就是768通道,估計(jì)和8線(xiàn)的機(jī)械旋轉(zhuǎn)激光雷達(dá)差不多了。
TEF82xx參數(shù)表
圖片來(lái)源:NXP
上表為MR3003、TEF82xx與AWR2243主要參數(shù)對(duì)比,NXP性能略勝一籌,德州儀器的取樣頻率更高。MR3003是早期產(chǎn)品,早在2016年就有了,大陸汽車(chē)的ARS540在2019年初就已經(jīng)開(kāi)發(fā)完成,只能用MR3003做收發(fā)器,不過(guò)相信未來(lái)大陸汽車(chē)會(huì)用TEF32XX取代MR3003。大陸汽車(chē)的ARS540也沒(méi)等到S32R45問(wèn)世,在2019年只能也用FPGA做處理器,因此價(jià)格較高。
NXP的S32R45內(nèi)部框架圖
圖片來(lái)源:NXP
S32R45采用4個(gè)A53運(yùn)算核和3個(gè)M7實(shí)時(shí)運(yùn)行與安全核。整體達(dá)ASIL-B級(jí),MCU部分達(dá)ASIL-D級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。雷達(dá)數(shù)據(jù)處理方面有一個(gè)SPT 3.1 @ 600 MHz 集成 DSP 和多線(xiàn)程處理器,一個(gè)BBE32 DSP;環(huán)境模型方面有一個(gè)線(xiàn)性代數(shù)加速器,算力有300GFLOPS。接口異常豐富,包括4x MIPI CSI2,PCIe 2 x Gen2/3, 2 lanes, 2 x GbE 10/100/1000 Mbit/s, 8 x FlexCAN with FD。支持AUTOSAR MCAL4.4。達(dá)到最高的AEC-Q100 1級(jí)標(biāo)準(zhǔn),即-40 oC to 150 oC (Tj) 。
圖像雷達(dá)可以看到垂直“柱子”,根據(jù)高度信息可以輕易判斷出什么是建筑物的柱子,什么是人,人的高度一般不超過(guò)2.4米。也就是說(shuō)圖像雷達(dá)可以識(shí)別行人,并且準(zhǔn)確度不遜于圖像攝像頭。
毫無(wú)疑問(wèn),越來(lái)越多的廠家都會(huì)自研毫米波雷達(dá),后發(fā)者優(yōu)勢(shì)明顯,性能可輕易超過(guò)特斯拉的4D毫米波雷達(dá)。
編輯|:黃飛
評(píng)論
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