為什麼是雷達?

對ADAS的大部分討論都集中在使用可見波長攝像機的被動視覺係統上。而Freescale半導體公司的雷達係統工程師Ralf Reuter很有說服力的論證了77-GHz雷達的作用。Reuter在一次最近的訪談中談論到：“重要的一點是，[ADAS傳感技術]隻有雷達是與天氣 無關的。而攝像機在識別目標上有優勢，雷達更善於探測物體，測量其速度。”Reuter解釋到，出於這些原因
，很多重視探測和風險分類評估的早期係統會選 擇雷達。他指出：“在歐洲，對卡車緊急刹車係統有很大的需求。它是基於雷達的。”

雷達係統會啟動一個簡單的中距離係統，向前直視整條道路。但是
，很快會發展到多傳感器係統

，同時包括長距離前視和短距離360度危險評估功能
，如圖1所示。


雖然光學視覺係統非常成熟了，而雷達係統的優勢會使其更加完善。Reuter預測，在不久的將來

，具有目標識別的多攝像機複雜係統能夠融合視頻和雷達數據，對周圍的世界建立動態模型。

采集信號

理解雷達對汽車係統設計的影響是從理解傳感器開始的。大部分汽車雷達設計都願意使用24或者77-GHz自由頻段。發送器一般是頻率調製的連續波(FMCW)設計
，它發出“啁啾”：在頻域的快速變化，如圖2所示。


Reuter 解釋說：“FMCW最zui大da的de優you勢shi是shi簡jian化hua了le對dui反fan射she信xin號hao的de理li解jie。您nin可ke以yi從cong反fan射she頻pin率lv中zhong直zhi接jie讀du取qu目mu標biao範fan圍wei，從cong多duo普pu勒le頻pin移yi中zhong得de出chu速su度du。與yu脈mai衝chong調tiao製zhi方fang案an相xiang比bi，產chan生shengCW不 太複雜，理解起來也很容易
，很可靠。這是車輛廠商最關心的問題，他們覺得花在改進ADAS上的每一個歐元都直接來自企業利潤。

jieshouxinhaoyexuyaodichengbenxinyingdesheji。tongguocaijifangweixinxilaishoujifanshexinhaoxuyaojixiesaomiaotianxianhuozhexiangkongzhentianxian，bingqiejieheleshuzijushusuanfa。tianxianhoumianyibanshijuyouhenduotongdaodelingchajieshouji
，zheshitianxianshejisuoxuyaode——用於簡單旋轉天線
，一個陣列有16個。

Reuter說：“接收機輸出是DC-20-MHz頻帶的基帶信號。”設計實現具有良好方位角分辨率的係統會有8至16個通道
，需要8至16個高速模數轉換器(ADC)。
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從啁啾中提取信息

來自每一通道的數字基帶信號流入到快速傅裏葉變換(FFT)模塊中，實現長度高達2K采樣的變換。Reuter說：“過去，執行FFT意味著需要很多 FPGA。今天，發展趨勢是集成了浮點DSP加速器的32位微控製器。”聚束係統可以使用兩塊FFT從信號中提取出範圍和速度數據
，如圖3所示。


實際上

，這一前端處理單元處理輸入的多個FMCW模擬通道，形成方位角/範圍/速度數組的數字碼流。這一數據流進入到一個或者多個CPU內核中
，由其他加速器所支持的軟件會推斷出在車輛周圍是否有物體出現，物體的位置以及屬性。

Reuter解釋說：“您需要識別出目標，把它們從背景中分離出來，選擇最關鍵的一個。您可能需要處理200個目標，因此，計算會非常複雜，特別是提取出角度信息。”

係統的物理配置也越來越複雜。Reuter說，目前傳感器本身的處理工作很少。相反，ADC有專用模擬接口，信號處理硬件的專用數字接口用於FFT，微控製 器還有其他的接口來提取出目標，並對其進行分類。目標信息被輸入到車輛控製區域網(CAN)或者FlexRay總線上
，中央CPU集群對其進行解釋和分析。

整條流水線都有很大的帶寬和延時要求。Reuter說，CPU對數據的解釋一般以圖形顯示的方式呈現給司機，即，他通過擋風玻璃能夠觀 察到的前端多功能顯示屏。這種混合顯示要求最多不能超過50-ms的更新間隔
，以及更具挑戰性的50-ms最大延時。否則，圖像會很不平穩
，通過擋風玻璃 的圖像會有滯後
，可能導致司機誤判。

隨著係統從一個傳感器發展到支持聚束功能的多個傳感器，以實現攝像機數據融合，互聯體係結構也發生了變化。Reuter說：“有使用以太網來降低成本的需求。”但是，係統仍然要求實時工作
，帶來了怎樣保證以太網實時性的問題。

到處都是幹擾的未來

隻要周圍沒有人使用雷達，車載雷達一般都比較可靠。但是，這有很明顯的問題：越來越多的車輛使用了雷達，因此，設備之間不可避免的會出現幹擾。Reuter 說shuo，您nin可ke以yi改gai變bian調tiao製zhi速su率lv以yi減jian小xiao幹gan擾rao，最zui終zhong
，采cai用yong編bian碼ma跳tiao頻pin碼ma型xing來lai替ti代dai簡jian單dan的de頻pin率lv變bian化hua，因yin此ci，每mei一yi輛liang車che都dou能neng夠gou識shi別bie出chu自zi己ji的de啁zhou啾jiu。這zhe種zhong變bian化hua能neng夠gou保bao持chi早zao期qi係xi統tong的de體ti 係結構以及大部分硬件不變
，但是要實現複雜的提取和分析功能，則要求每一係統能夠識別出來自其天線的反射信號。

而且，還有一類不容易解決的問題：固定設備所產生的幹擾。Reuter提醒說：“馬上帶來的問題是

，歐洲的隧道使用大功率雷達來識別車輛。他們的發射器會導致車載雷達無法工作。”

一個更科學化的敏感問題是，天文物體輻射頻譜的關鍵部分位於77-GHz頻帶。在人口密集區，越來越多的車載雷達會強烈幹擾天文射頻信號。

Reuter提醒說：“在日本已經出現了要求關掉射頻天文望遠鏡1,000公裏範圍內發射器的法規。這有可能覆蓋整個國家。”

啁啾調製器、數字聚束

、目標識別、危險評估
、防護跳頻

、幹擾等——這些聽起來都像是新型作戰飛機的情形，而不是貨車和轎車。實際上，ADAS繼承了軍事係統的很多技術。這並不奇怪，當天氣越來越糟，車越來越堵時，這的確像是一場戰爭。

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