行业动态｜4D雷达提高汽车和工业应用的安全性和准确性

皇华电子元器件IC供应商 2022-01-21 17:39

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最近，人们对汽车和工业应用的下一代雷达传感器的开发产生了浓厚的兴趣。与只收集速度、距离和到达角的第一代雷达系统不同，先进的4D雷达系统可以确定目标的距离、方位角、仰角和相对速度，从而提供更详细的信息。

4D雷达传感器提供了比以前的雷达版本更好的分辨率，并与激光雷达系统的性能相当，这是一个更昂贵的解决方案，并在能见度较差的条件下，如雨和雾。通过在宽视场范围内提供全天候亚度水平和高度空间分辨率，4D增强的分辨率和灵敏度释放了市场验证的商业雷达的潜力。

4D雷达系统所基于的技术可以在各种天气和环境条件下判断车辆的行驶时间和速度。强烈的阳光或黑暗会损害相机，深度和对比度问题也会出现。在恶劣天气下，标准雷达工作良好，但它无法探测到物体的详细信息。激光雷达在识别太空物体方面非常出色。然而，他们受到不利天气的阻碍。

立体四维成像雷达

Steradian Semiconductor是一家总部位于印度班加罗尔的无晶圆厂半导体公司，专注于CMOS毫米波产品的四维雷达成像。Steradian由具有多年蜂窝/射频和微波收发芯片设计经验的行业专家创立，提供多专利的硬件和感知软件4D解决方案。Steradian产品的目标市场包括从汽车到工业的应用。

该公司发言人表示:“我们主要是一个解决方案提供商，专注于感知软件和硬件方面。”“这意味着我们既提供硬件，包括半导体、模块、天线，也提供软件解决方案。”

如今，大多数汽车都提供高级驾驶员辅助系统(ADAS)，相当于驾驶自动化的二级水平。自动或半自动驾驶汽车要求传感器能够提供高水平的安全性，对于汽车应用来说，这意味着传感器应该是全天候可靠的，不受天气条件(如太阳、雨或雾)的影响。上述参数都不会影响传感器的性能，这也是近20年来雷达系统一直用于汽车的主要原因之一。

与LiDAR解决方案相比，4D雷达成像提供了三个主要优势:

成本:雷达成本是激光雷达的一小部分。

安全:雷达可在任何天气条件下提供300米以上的能见度。

可靠性:自2019年以来，常规雷达的出货量已超过3000万部。

雷达在汽车工业中有着悠久的使用历史。它不像激光雷达或相机那样是近年来才出现的新技术。例如，为了获得欧洲新车评估计划(Euro NCAP)的最高安全评级(5星)，雷达系统成为强制性的。

该公司发言人表示:“下一代传感器预计将提供这种安全功能，同时提供更多关于周围环境的实时信息。”

根据Steradian的说法，当前这一代雷达，也被称为2.5D雷达，除了提供物体存在或不存在的信息外，不提供任何其他信息。这是一种二进制信息，它缺乏细节，如宽度，高度，或车辆前面的物体的形状。今天，激光雷达和摄像机可以做到这一点，但这是不可能的传统雷达。

该公司发言人表示:“这就是雷达系统需要进行多维度识别的地方，这样它就可以识别物体的大小和姿态，并能够做比现在更多的事情。”

Steradian 4D成像雷达包括一个前端操作在76至81 GHz波段的毫米波(mmWave)，这对他们的定制雷达感知软件。雷达IC (SVR)是一个集成的16通道e波段MIMO雷达收发器，与成像雷达单元(IRU)接口，如图1所示，e波段256通道MIMO雷达模块。IRU能够4D成像，这得益于其天线阵列产生1.2°方位波束宽度，并通过其宽视场(FOV)、120°方位角和30°仰角支持多模式。

来自雷达IC(图2)的信号被转换成点云，提供必要的宽度、高度和形状。这种格式非常类似于激光雷达以前提供的，但它的成本很少，而且可以在所有天气条件下使用。4D成像雷达感知软件，4D MIMO成像雷达处理堆栈和可视化工具，为用户提供了物体尺寸和多普勒的4D空间高密度点云。该4D成像软件的方位角精度为0.1°，仰角精度为0.3°，兼容包括英伟达GPU在内的最流行的计算平台。Steradian解决方案也具有标量体系结构。根据平台的不同，该软件可以在不同的处理器上运行，比如Nvidia或Renesas。这允许从一个平台快速而简单地迁移到另一个平台。

该公司发言人说:“如果你能看到40米，你甚至可以用我们的1度角分辨率达到厘米分辨率。”“这是解决方案的一个方面，我们在这个市场上做得比其他任何竞争对手都好。”

硬件和软件结合在一起形成成像雷达单元，不仅可以用于汽车，甚至可以用于工业市场。工业应用包括，例如，智能交通系统，这是一种管理不同城市交通的方法。交通监控允许识别接近道路的车辆，并显示其速度。其他应用包括机场的虚拟对接引导系统、高密度分类交通管理、精确引导、飞机停车、无人机、液位监控等。

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