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大陸ARS540長距離毫米波雷達收發器技術解析

微波射頻網 ? 2020-08-31 17:19 ? 次閱讀

近年來,自動駕駛成為了當下最熱門的話題。隨著自動駕駛技術的發展,作為其關鍵傳感器之一的毫米波雷達,也得到了廣泛關注。但就目前來看,海外巨頭公司主導著全球毫米波雷達產業的發展,其中,大陸ARS540更以九項領先的絕對優勢領跑全球毫米波雷達技術。

圖為:大陸ARS540首先,ARS540是分辨率最高的毫米波雷達,地平經度Azimuth或者說水平分辨率達1.2°,絕大多數毫米波雷達水平分辨率只有5°,ARS540是普通毫米波雷達水平分辨率的5倍。其次,ARS540是具備能夠真正測量目標高度的毫米波雷達,也就是其垂直分辨率Elevation較高,達到了2.3°。

圖為:ARS540的高度測量第三,ARS540有效距離在水平視場角(FOV)在100°情況下高達300米,其他毫米波雷達有效距離可達250米,但FOV會縮到只有8-10°,遠低于ARS540的100°。第四,ARS540是能夠輸出圖像的毫米波雷達,大陸汽車稱之為RdarDetectionImageOutputRDI,效果直逼8線激光雷達。第五,ARS540使用微多普勒技術,是可以檢測道路弱勢群體使用者VRU(如老年人和兒童)的毫米波雷達。第六,ARS540是使用SAR合成孔徑技術提高近距離分辨率的毫米波雷達,在10米范圍內,ARS540可以使用SAR技術提高角分辨率。第七,ARS540是不過濾靜態目標的毫米波雷達。目前,絕大多數毫米波雷達為降低誤報率,會過濾掉靜態目標,ARS540具備超高分辨率,同時能檢測物體高度,誤報率大幅降低,所以保留了靜態目標。第八,ARS540是具備復雜交通場景下軌跡跟蹤與預測的毫米波雷達。第九,ARS540可以探測到隱藏的車輛。ARS540探測到隱藏車輛的幾率從上一代最先進產品ARS430的40%,提升至80%,而大部分毫米波雷達只能做到20%。

偵查隱藏車輛(車隊)

ARS540取得絕對第一性能的背后是其復雜的設計。

圖為ARS540結構示意圖結構上,ARS540采用4片級聯的形式,將4片NXP的77GHz毫米波雷達收發器(即MMIC)MR3003級聯,每個MR3003是3發4收,4片就是12發16收,目前絕大多數毫米波雷達都是采用單片收發器,通常只有3發4收,也就是只有12個虛擬通道,而ARS540高達192個虛擬通道,分辨率大大提高。可以稱之為圖像雷達。

圖為圖像雷達注解;圖片來源:恩智浦目前絕大多數毫米波雷達都是處于第一階段,即1片MMIC。目前大部分前向主毫米波雷達主要由大陸和博世壟斷,中低端車型使用大陸的ARS4B、ARS408或ARS410,其核心都是一片比較老的NXP收發器MR2001,如特斯拉Model3為節約成本使用最便宜的ARS4B,其有效距離最多只有170米,中國本土品牌多使用ARS410,有效距離250米。國外高端車型則使用ARS510,核心為一片最新的MR3003。博世在國內主推MRR1PLUS,使用英飛凌的分離型收發器RRN7745P/RTN7735P。長距離的LRR4使用一片MR2001。

圖為MR2001系統示意圖。MR2001是MR3003的上一代產品,也是使用最廣泛的長距離毫米波雷達收發器,博世、大陸集團、安波福、奧托立夫均有使用。

圖為MR3003內部框架圖從上面兩張圖中,我們可以看到MR3003相比MR2001有很大變化,首先是MR3003集成了ADC即模擬數字變換,MR2001需要經過低通濾波器過濾后將模擬數據傳輸給MCU再處理,這當中信號或有損失,影響了精度,MR3003集成了ADC變換,不再將ADC放在MCU中,采用MIPICSI2或LVDS輸出,可以輸出高帶寬,為圖像輸出打下基礎,也提高了信噪比,也就是分辨率和精度。其次是增加了功能安全模塊。再次是集成了PLL鎖相環電路,而不是MR2001那樣外置VCO。成本更低,可靠性更高。最后,MR2001是4發3收天線設計,MR3003是3發4收天線設計。MCU方面,ARS540也采用新一代的S32R274,而對應MR2001的一般是MPC5773。

圖為S32R274的內部框架圖S32R274采用三核設計,兩個e200z7260負責計算,一個e200z420負責安全。最高可達ASIL-D級安全應用。在通訊接口方面具備最大靈活度,遠比上一代產品強,首先是增加了對以太網的支持,擁有以太網MAC,支持超過百兆以上以太網RGMII,可以輸出圖像。有一對Flexray總線通道,支持128位信息緩沖。有三個柔性CAN,可以支持CAN-FD。還有最高達320Mbps的Zipwire高速串行通訊。默認輸出還是CAN,備選為以太網輸出。

雷達信號處理示意圖;圖片來源:恩智浦算法方面,主要是加強了CPI和DOA。Chirp是啁啾(讀音:“周糾”),是通信技術有關編碼脈沖技術中的一種術語,是指對脈沖進行編碼時,其載頻在脈沖持續時間內線性地增加,當將脈沖變到音頻地,會發出一種聲音,聽起來像鳥叫的啁啾聲,故名“啁啾”。FFT是快速傅里葉變換,CFAR是ConstantFalse-AlarmRate恒虛警率的縮寫。在雷達信號檢測中,當外界干擾強度變化時,雷達能自動調整其靈敏度,使雷達的虛警概率保持不變。具有這種特性的接收機稱為恒虛警接收機。DOA(directionofarrival)估計算法是核心,這種算法通常需要比較高的算力,NXP或者說Freescale的Power架構比較合適,ARM架構則成本較高。DOA估計(或波達方向估計):將接受信號進行空間傅里葉變換(空間傅里葉變換和離散時間傅里葉變換的區別是,空間傅里葉變換的求和是對陣元空間位置m,而時域傅里葉變換的求和變量時離散時間n),進而取模的平方得到空間譜,估計出信號的到達方向(空間譜的最大值對應的相位φ,再根據定義φ=2πdsinθ/λ,計算θ)。ARS540采用雙MCU設計,即兩片S32R274。每一片S32R274連接兩片MR3003。某種意義上講ARS540等于4個ARS510雷達放在一個盒子里。這個難度遠高于一個雷達,雷達是超高頻元件,互相之間很容易出現干擾,其中很多訣竅不是靠電腦仿真就能解決的,需要長時間的經驗累積,不僅要有射射頻電子領域的經驗,還要有對材料和機械結構領域的經驗。ARS540也是第一個采用級聯設計的量產毫米波雷達。不僅設計很具有挑戰性,在生產工藝也是如此,外殼的材料厚度都會影響雷達性能,這些導致雷達一致性在生產工藝上面臨巨大挑戰,很多領域都是靠經驗積累才能解決的,中國不缺優秀的設計師,但是經驗豐富的一線員工則完全沒有。隨著毫米波雷達性能的增長,對激光雷達地位開始產生威脅,特別是4線激光雷達。未來如果實現6個或8個單位級聯,那么毫米波雷達將對16線激光雷達產生威脅。與此同時,毫米波雷達還在性價比和車規方面擁有壓倒性優勢,這也就意味著,未來激光雷達要著力提高分辨率才能保證其地位。

原文標題:剖析高性能毫米波雷達——大陸ARS540

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看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。? 產品類型特性 傳感器類型? 軸承探頭 元件材料? 鉑, 銅, 鎳 引線導線種類? PTFE 使用環境 最大溫度? 250?°C?[?482?°F?] 包裝特性 元件包裝? 不銹鋼探針,銅質尖端 參考編號 TE 內部編號 CAT-RTD0005...
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CAT-RTD0005 彈簧加壓式螺紋軸承 RTD

CAT-RTD0006 卡口式尖端敏感 RTD 探頭

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CAT-RTD0006 卡口式尖端敏感 RTD 探頭

CAT-RTD0007 柔性鎧裝尖端敏感 RTD 探頭

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CAT-RTD0007 柔性鎧裝尖端敏感 RTD 探頭

CAT-RTD0008 小型投入式 RTD 探頭

看產品文檔或聯系我們以了解最新的機構審批信息。? 產品類型特性 傳感器類型? 軸承嵌入式探頭 元件材料? 鉑, 鎳 引線導線種類? PTFE, 護套電纜 使用環境 最大溫度? 250?°C?[?482?°F?] 包裝特性 元件包裝? 不銹鋼, 鍍錫 參考編號 TE 內部編號 CAT-RTD0008...
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CAT-RTD0008 小型投入式 RTD 探頭

CAT-RTD0009 點傳感 RTD 探頭傳感器

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CAT-RTD0009 點傳感 RTD 探頭傳感器

CAT-RTD0010 帶壓縮配件的點傳感 RTD 探頭

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CAT-RTD0010 帶壓縮配件的點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0011 帶雙螺紋的點傳感 RTD 探頭

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CAT-RTD0011 帶雙螺紋的點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0012 螺紋式點傳感 RTD 探頭

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CAT-RTD0012 螺紋式點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0013 導管盒點傳感 RTD 探頭

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CAT-RTD0013 導管盒點傳感 RTD 探頭

CAT-RTD0014 空氣傳感 RTD 探頭面板

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CAT-RTD0014 空氣傳感 RTD 探頭面板

CAT-RTD0015 壁掛式 RTD 溫度傳感器

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CAT-RTD0016 室外空氣傳感 RTD 探頭傳感器

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CAT-RTD0017 暖通空調平均化 RTD 探頭

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CAT-RTD0017 暖通空調平均化 RTD 探頭

CAT-RTD0018 帶壓縮配件的平均化 RTD 探頭

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CAT-RTD0019 雙螺紋平均化 RTD 探頭

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CAT-RTD0020 12 MNPT 平均化 RTD 探頭傳感器

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CAT-RTD0021 帶導管盒的平均化 RTD 探頭

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CAT-RTD0023 帶壓縮配件的不銹鋼 RTD 探頭

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CAT-RTD0024 不銹鋼 RTD 與插頭和插孔

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CAT-RTD0024 不銹鋼 RTD 與插頭和插孔

CAT-RTD0026 SS 定長切割 RTD 探頭傳感器

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CAT-RTD0026 SS 定長切割 RTD 探頭傳感器
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