作者：Sandeep Chennakeshu，Uhnder 首席運營官

作為自動駕駛系統(tǒng)的“眼睛”，雷達通過對目標物體發(fā)射并接收電磁波，由此獲得目標至電磁波發(fā)射點的距離、多普勒頻率、方位角、仰角等信息。相比攝像頭等其他傳感器，雷達幾乎不受天氣與光線的影響，能夠?qū)崿F(xiàn)全天時、全天候探測，因此也是實現(xiàn)高級別自動駕駛技術(shù)的關(guān)鍵傳感器。

在過去的30年，大部分汽車雷達采用調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）技術(shù)，雷達信號處理是在模擬電路中完成的。近幾年隨著自動駕駛技術(shù)向更高級別過渡，對汽車雷達的分辨率和準確度提出了更高要求，更為先進的數(shù)字編碼調(diào)制（DCM）技術(shù)受到了關(guān)注。在DCM中，信號處理主要以數(shù)字方式進行。本文將從多個維度探討DCM 雷達的技術(shù)優(yōu)勢。

FMCW 與 DCM 雷達技術(shù)

FMCW 和 DCM 雷達的基本區(qū)別在于它們傳輸?shù)男盘�。FMCW 傳輸信號的短脈沖，在其傳輸周期內(nèi)頻率會增加。在當前的汽車雷達中，F(xiàn)MCW 信號通常占用 50MHz 的帶寬。而DCM 雷達傳輸包含特殊編碼序列的較長脈沖信號，占用 1GHz 至 2GHz 的帶寬。

對比度

對比度是指雷達區(qū)分兩個近距離目標的能力。也就是說，雷達能夠檢測到并分辨兩個緊密間隔目標之間的反射信號差異。典型的例子是檢測站在汽車旁邊的兒童。相對汽車（強反射物）而言，兒童是弱反射物。

雷達發(fā)射和接收信號的天線是使用多個輻射元件構(gòu)建的，具有較少天線元件的雷達具有較寬的主瓣和相對較高的旁瓣，因而對比度較低，無法區(qū)分距離很近的兒童和汽車。而具有較多天線元件的雷達，例如 Uhnder 的 DCM 雷達，會產(chǎn)生更窄的天線波束和相對較低的旁瓣（相對于主瓣），從而提供更高的對比度。

此外，DCM 雷達的對比度優(yōu)勢還來自于 DCM 波形。DCM 使用調(diào)制到射頻載波相位的擴頻序列，這些擴頻序列具有所謂的“處理增益”。也就是說，當接收信號與發(fā)出的信號相關(guān)時，接收到的信號會被放大。因此，回波也隨著傳輸?shù)臄U頻波形而被放大。這有效提高了雷達檢測小目標（例如兒童）的能力。

抗干擾

隨著新車上搭載的雷達數(shù)量越來越多，雷達間的信號干擾問題也日益引起重視。想象在兩條車道上往相反方向行駛的兩輛汽車，當它們靠近時，車上雷達發(fā)出的信號會相互干擾，從而影響探測目標的能力�；�于 DCM 技術(shù)的雷達能夠通過以下三種方式解決干擾問題。

Ÿ 感應(yīng)和監(jiān)測干擾：DCM 雷達可以感應(yīng)干擾源是來自 FMCW 還是 DCM 雷達的信號，并監(jiān)測干擾，以減輕或避免干擾。

Ÿ 減輕干擾：如果干擾信號在同一頻段，并且與雷達接收回波的時隙重合，DCM雷達可以抑制或減輕這種干擾的影響。 例如，搭載 Uhnder 當前芯片版本的 DCM 雷達可同時減輕多達八個 FMCW 干擾。此外，由于每個 DCM 雷達發(fā)射的信號都有獨特的擴頻序列，具有相同序列的信號會被放大，而具有不同序列號的信號會被抑制，從而有助于 DCM 雷達減輕信號干擾。

Ÿ 避免干擾：在感應(yīng)和監(jiān)測的基礎(chǔ)上，DCM 雷達可以改變其工作頻段或傳輸時隙，以避免與工作在相同時隙和頻段的另一臺雷達發(fā)生沖突。

尺寸

雷達的尺寸很大程度上取決于天線的尺寸（發(fā)射和接收元件的數(shù)量）、印刷電路板（PCB）上的元件數(shù)量和散熱要求。如果雷達消耗的功率更高，則需要更大的散熱器（表面積），雷達尺寸也會更大。

我們知道，體積大的雷達很難安裝在車上。為了減小雷達尺寸，一些設(shè)計人員考慮使用稀疏陣列來減小天線的尺寸。稀疏陣列具有更少的元件，但也意味著元件需要處理的信號更密集。大多數(shù) FMCW 雷達無法支持這種處理能力，需要外部數(shù)字處理器支持，這在一定程度上增加了功耗、尺寸和成本。

搭載 Uhnder 芯片的 DCM 雷達外形小巧，從而為 OEM 及雷達供應(yīng)商在設(shè)計傳感方案時提供更大的靈活性。例如，汽車制造商可以并排使用3個超薄 DCM 雷達：使用1個用于短程探測，2個聯(lián)合使用可作中程探測，3個聯(lián)合使用可作遠程探測。

模塊化

模塊化將有助于降低工程開發(fā)成本，并簡化供應(yīng)鏈和制造流程。通過模塊化，制造商可以使用基本的雷達芯片構(gòu)建短程（SRR）、中程（MRR）、遠程（LRR）和超遠程（SLRR）雷達，并通過軟件編程實現(xiàn)不同的分辨率。

實現(xiàn)模塊化有兩種方法。一是將基本雷達芯片與額外的數(shù)字處理芯片級聯(lián)，以構(gòu)建更復(fù)雜的雷達。使用這種方法能夠優(yōu)化最簡單且便宜的雷達解決方案，但同時整體成本和功率也會更高。許多 FMCW 雷達都采用這種方法。

第二種方法是構(gòu)建功能更強大的、且支持編程的雷達芯片。使用這種方法，芯片成本會略微增加，但產(chǎn)品的總體擁有成本（TCO）依舊非常具有吸引力。這也是 Uhnder 的DCM 雷達芯片遵循的方法。Uhnder 的DCM 雷達芯片可通過編程選擇發(fā)射器與接收器的數(shù)量。此外，芯片附帶的可編程軟件堆�？梢詭椭�制造商降低相關(guān)工程開發(fā)成本。

功率

目前市面上商用的 FMCW 芯片支持 3 或 4 個發(fā)射器和 4 個接收器（3x4 或 4x4），而 Uhnder 的 DCM 雷達芯片支持 12 個發(fā)射器和 16 個接收器（12x16）。雷達波的波束寬度與發(fā)射元件和接收元件數(shù)量的乘積成反比，波束越窄，分辨率越高，因此Uhnder的DCM雷達能夠提供更高的分辨率。

雖然，3x4 或 4x4 FMCW 雷達芯片可以通過級聯(lián)（3 或 4 個芯片）提高分辨率。 但在這種情況下，雷達需要 3-4 個雷達芯片和一個單獨的數(shù)字處理器芯片，將各個 FMCW 雷達芯片的輸出有效地組合起來。這意味著這種解決方案總共需要 4 或 5 個芯片，這些芯片還需要更精細的電源子系統(tǒng)，這樣整體配置會比單個 DCM 雷達芯片及其電源消耗更多的功率。

關(guān)于功率，還存在一個誤解是，由于 DCM 雷達的帶寬較寬，它需要一個復(fù)雜的高功率 A/D 轉(zhuǎn)換器。對一般的A/D 轉(zhuǎn)換器設(shè)計而言確實如此，但Uhnder 使用獨特的交錯式 A/D 轉(zhuǎn)換器設(shè)計，能夠以低功耗提供高動態(tài)范圍，并可針對不同的帶寬進行調(diào)諧。

成本

要實現(xiàn)高分辨率，F(xiàn)MCW 系統(tǒng)往往需要更多的芯片（3-4 個雷達芯片、一個數(shù)字處理器芯片和一個更昂貴的電源管理芯片）。此外，這些芯片還需要更復(fù)雜的印刷電路板（PCB）布局和更大的 PCB 面積。76-81 GHz 的 PCB 需要特殊材料并且價格昂貴。

芯片數(shù)量越多，意味著周圍的組件數(shù)量越多，例如去耦電容器。而且由于高分辨率 FMCW 系統(tǒng)會消耗更多功率，因此需要更復(fù)雜的熱管理系統(tǒng)。也就是說，芯片產(chǎn)生的熱量必須以有效的方式散發(fā)。這增加了整體設(shè)計的復(fù)雜性、尺寸和成本。

傳感器融合

除了雷達以外，攝像頭也是當前車輛 ADAS 系統(tǒng)的重要傳感器。攝像頭擅長識別物體的形狀和顏色，但在惡劣的天氣或黑暗的環(huán)境中表現(xiàn)不佳，而雷達則可以全天時、全天候提供場景中目標的距離和速度信息。通過使用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）等算法融合雷達+攝像頭的信息，能夠進一步提升自動駕駛的安全性能。

根據(jù)信息論，更多的信息可以幫助改進決策。雷達獲取的新信息量（H(Y)）取決于雷達的分辨率，而雷達的分辨率又取決于天線元件的數(shù)量。在雷達中，發(fā)射和接收天線元件的數(shù)量就是它的眼睛。 如果雷達有更多的發(fā)射和接收天線元件（虛擬通道），就可以看得更遠，并在視場中的不同角度檢測到更多物體。

Uhnder 的單個 DCM 雷達芯片提供 192 個虛擬通道，而市場上常見的 FMCW 雷達提供 12 到 16 個虛擬通道。少數(shù)較新的 FMCW 雷達有 288 個虛擬接收器，但并未普及。FMCW雷達芯片可以通過級聯(lián)提供更多的虛擬通道，有的供應(yīng)商使用級聯(lián)提供 192 到 2300 個通道。不過，DCM 雷達也可以通過級聯(lián)四顆芯片來提供 3072 個通道。但聯(lián)芯片的時候，雷達系統(tǒng)的復(fù)雜性、成本和功耗都會顯著增加。

綜上所述，基于 DCM 技術(shù)的雷達在對比度、抗干擾性、尺寸、功率和成本等方面具有優(yōu)勢。此外，由于 DCM 雷達設(shè)計支持軟件編程，及其本身的模塊化特性，能夠為當今的汽車設(shè)計提供更靈活的解決方案。

2015 年成立的 Uhnder 率先將 DCM 技術(shù)引入汽車雷達，并成功開發(fā)了首款車規(guī)級 4D 數(shù)字成像雷達芯片及相關(guān)軟件，為自動駕駛技術(shù)提供更精確的數(shù)字感知。2018年，麥格納（Magna）采用 Uhnder 的雷達芯片推出了 ICON 數(shù)字雷達，并于2021年宣布電動汽車制造商菲斯克（Fisker）的Ocean SUV將搭載這款數(shù)字雷達。此外，Uhnder 還與黑芝麻智能、歐菲光、復(fù)睿智行等眾多領(lǐng)先的企業(yè)建立合作關(guān)系，共同推動基于 DCM 技術(shù)雷達產(chǎn)品的應(yīng)用，助力自動駕駛安全。