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车用毫米波雷达不可或缺,硬件核心还需如何突破?

SITRI?? 2016年04月29日 ?? 收藏0
一、全天候使用,测距的可靠保障

毫米波波束窄而具备高精细细节分辨的能力;相比激光其传播特征受气候影响小,具有全天候特性;相比微波更容易小型化。在超高速短距离通信、长距离星际通信、空间目标识别、精密跟踪、空间成像、弹道测量、导 弹制导、汽车、船舶、飞机等动力系统防撞,无人机、电子对抗、天文望远镜、反恐安检、毫米波医学治疗等领域,具备非凡的应用价值。在汽车上应用毫米波雷达测距,具有探测性能稳定的特点,因为毫米波雷达不易受对象表面形状和颜色的影响,也不受大气流的影响;还具有环境适应性能好的特点,因为雨、雪、雾等对毫米波雷达的干扰小。

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汽车毫米波雷达工作频段为21.65-26.65GHz和76~81GHz。比较常见的汽车毫米波雷达工作频率在24GHz、77GH、79GHz这三个频率附近。

直接测得距离速度,是ACC、AEB等功能的优选

采用雷达向周围发射无线电,通过测定和分析反射波以计算障碍物的距离、方向和大小。雷达能直接测量距离和速度信息的特点使应用于自适应巡航、碰撞自动刹车上有着天然的优势,也是目前自适应巡航最主流的解决方案。

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高穿透、全天候特性是其他传感器的有力保障

在摄像头的应用越来越丰富,尤其是TTC算法出现后,单摄像头的解决方案也能实现自动紧急刹车(AEB)功能,单高速行驶中的使用仍然存有疑问。虽然行业中有不同的认知,但主流的声音仍然认为毫米波雷达在高穿透、全天候的特性给予自动驾驶更有力的保障。而通过毫米波雷达配合其他传感器的融合解决方案更具备更高的识别精度和效率。

主流频段24Ghz和77Ghz,77GHz长距特性更具备优势

目前,汽车毫米波雷达的主要频段为24Ghz和77Ghz,日本还采用60Ghz以及台湾使用的79Ghz.使用这些频段的主要原因是这些频段被其他频段应用占用少,这些频段在大气中的衰减要弱适合长距离传输。77GHz目前更多的被认为是未来的主流方向,其主要的优点:1)探测距离更远:带宽更大,同时天线较小可以能力更集中从而探测更远的距离;2)独有频段:在欧洲24GHz很早之前就已经被分配给射电天文和电信工业应用。为了减少对它们的干扰,欧盟限制了24GHz车用毫米波雷达发射功率,仅用于短距离雷达,而77Ghz相对独有。

二、AEB装配提高将带来刚性需求

目前毫米波雷达的价格主要在125-150美金,国内价格1000人民币以上,毫米波雷达随着需求的增加的规模效益将带来成本的下降。通过产业调研,到2018年毫米波雷达的成本有望下降一半,将极大推动毫米波雷达的普及。而各国对主动安全AEB的强调,将在未来提高渗透,将带来对主要传感器毫米波雷达的刚性需求。

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根据PlunkedtResearch的调查与预测,2014年全球的毫米波雷达市场出货量在1900万颗,预计到2020年全球毫米波雷达将毫米波雷达将近7200万颗,未来五年的复合增速约为24%。

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根据我们的产业调研,国内2014年车载毫米波雷达销量约为120万颗,2015年约为180万颗。主要应用为盲点检测和后方车辆提醒的中短距雷达(24Ghz),每车需要两颗。毫米波雷达主要应用为无。假设:1)2015-2020年我国的乘用车复合增速为4%,到2020年乘用车全年销量约为2490万辆。2)2020年,后方探测/BSD的渗透率为15%(需要2颗中短距雷岱);ACC/AEB功能渗透率到10%(需要1颗长距雷达,2颗中短距雷达放置前方);基于以上假设,我们推算2020年的毫米波雷达需求量近770万个,未来五年复合增速为34%。

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三、毫米波雷达尚处垄断,国内突破在即

基于毫米波雷达的ADAS技术主要由大陆、博世、电装、奥托立夫等传统零部件巨头所垄断,过去雷达是ADAS系统的主要传感器,ADAS的市场占有率能部分说明整体雷达的占有率。77GHZ雷达的开发难度更高,目前只有博世、大陆(子公司ADC)、德尔福、电装、TRW(AutoCruise)、FujitsuTen、Hitachi等公司掌握。

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毫米波雷达壁垒较高,后端的控制系统策略是零部件巨头的技术核心

零部件巨头对毫米波雷达的掌控除了硬件工艺本身,对于后端得到毫米波雷达信号的处理及决策是其核心竞争力。整车厂拿到毫米波雷达,没有零部件公司的技术支持经常手术无策。毫米波雷达对于国内来说研发难度极高,体现在以下几点.1)高频毫米波雷达芯片对于我国长期处于禁运管制状态,国内难有机会接触和开发;2)毫米波雷达算法要保证精确过滤数据信息得到正确的探测目标,同时实现稳定及高效;3)毫米波雷达涉及主动控制类高等级汽车安全,工艺等级要求极高;4)毫米波雷达通常和AEB、ACC系统一起供应,需要对底盘技术有很深理解。

MMIC芯片和天线PCB板是毫米波雷达的硬件核心

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以FMCW汽车雷达系统为例,主要包括天线、收发模块、信号处理模。

1)前端单片微波集成电路(MMIC):它包括多种功能电路,如低噪声放大器(LNA)、功率放大器、混频器、甚至收发系统等功能。具有电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高、抗电磁辐射能力强等特点。毫米波雷达的关键部件前端单片微波集成电路(MMIC)技术由在国外半导体公司掌控,而高频的MMIC只掌握在英飞凌、飞思卡尔等极少数国外芯片厂商手中。国内的MMIC仍处于起步状态,厦门意行和南京米勒为正在研发雷达MMIC,相关性能仍有待验证。

2)雷达天线高频PCB板:毫米波雷达天线的主流方案是微带阵列,简单说将高频PCB板集成在普通的PCB基板上实现天线的功能,需要在较小的集成空间中保持天线足够的信号强度。77Ghz雷达更高规格的高频PCB板,77GHz雷达的大范围运用将带来相应高频PCB板的巨大需求。目前全球仅罗杰斯、Schweizer等少数公司拥有相关技术。国内PCB板优秀公司沪电股份已经与Schweizer展开了深度合作。

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国内24Ghz产品即将问世,高频雷达仍需突破

国内以华域汽车为代表的一部分企业在24Ghz雷达研发已有较多积累,产品即将问世,但77Ghz雷达突破仍然较难。77Ghz国内之前一直积累不深,最大的原因是77Ghz雷达的MMIC芯片一直是封锁阶段。自2015年开始,77GhzMMIC芯片逐渐对国内学术和民用放开,部分高校已经获得相关芯片。东南大学是国家唯一的毫米波雷达重点实验室,具备先进的高频雷达测试设备,在国内毫米波雷达研发中走在前列。

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毫米波? 雷达? 传感器?

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