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(sheng)CW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。

接(jie)收(shou)信(xin)號(hao)也(ye)需(xu)要(yao)低(di)成(cheng)本(ben)新(xin)穎(ying)的(de)設(she)計(ji)。通(tong)過(guo)采(cai)集(ji)方(fang)位(wei)信(xin)息(xi)來(lai)收(shou)集(ji)反(fan)射(she)信(xin)號(hao)需(xu)要(yao)機(ji)械(xie)掃(sao)描(miao)天(tian)線(xian)或(huo)者(zhe)相(xiang)控(kong)陣(zhen)天(tian)線(xian)
，並(bing)且(qie)結(jie)合(he)了(le)數(shu)字(zi)聚(ju)束(shu)算(suan)法(fa)。天(tian)線(xian)後(hou)麵(mian)一(yi)般(ban)是(shi)具(ju)有(you)很(hen)多(duo)通(tong)道(dao)的(de)零(ling)差(cha)接(jie)收(shou)機(ji)，這(zhe)是(shi)天(tian)線(xian)設(she)計(ji)所(suo)需(xu)要(yao)的(de)——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 shuo
，ninkeyigaibiantiaozhisulvyijianxiaoganrao，zuizhong，caiyongbianmatiaopinmaxinglaitidaijiandandepinlvbianhua，yinci，meiyiliangchedounenggoushibiechuzijidezhoujiu。zhezhongbianhuanenggoubaochizaoqixitongdeti 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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