高階駕駛輔助系統(Advanced driver assistance systems, ADAS)是為駕駛員提供安全支援和提高駕駛便利性的系統。安全問題受到重點關注,是因為大多數交通事故由人類行為或錯誤造成。
因此,ADAS的最終目的是通過從障礙物檢測(如車輛、停車位、行人等)到交通標誌識別和駕駛員監控(如疲勞駕駛)或通訊(車與車、車與基礎設施)來促進自動化系統發展,從而避免任何型別的交通事故。
通過專門的雷達系統探測任何型別的障礙物是ADAS的一項關鍵技術。
汽車雷達的使用案例多種多樣,包括以下場景,而這些場景對探測裝置都有特定要求:
自適應巡航控制Adaptive cruise control, ACC
ACC適用於正常駕駛條件,使行駛速度適應前方車輛,並檢測遠處的障礙物,避免發生任何事故。這是對信噪比和距離(最大200米)要求最高的用例。ACC處理是由車輛前部的77GHz遠端雷達(Long-range radar, LRR)系統實現。
盲點檢測Blind spot detection, BSD
BSD專用於檢測位於駕駛員側和後部的其他車輛,目的是警告駕駛員那些幾乎看不到車輛,進而避免潛在的碰撞。在距離要求高達20米的情況下,24GHz和77GHz系統可適用。
短程雷達Short-range radar, SRR
SRR由24GHz系統覆蓋,該系統位於車輛周圍(前、後、側或車輛四個角),應用於如BSD、車輛停止和起步或泊車輔助,所有這些都是在車輛以較低的行駛速度和較小的總距離(<20m)行駛下完成的。
中程雷達Medium-range radar, MRR
MRR用於BSD、車輛停止和起步場景,範圍有限(可達40米)。根據具體的使用情況,感測器安裝在汽車周圍(四個角),使用24GHz系統。不過,77GHz也會用於中程。
遠端雷達Long-range radar, LRR
LRR是應用於ACC的雷達技術(77GHz)。感測器安裝在車輛前部,以便探測前方的其他車輛或障礙物。
在現在的開發和可用的產品中,有專門高度優化的解決方案用於特定場景。展望下一代,將採用整體方法,通過將單一技術結合到感測器融合中,預計將看到更復雜性的產品。
因此,為特定目的高度優化的特定專用解決方案被組合在一起(例如,LRR、LiDAR、攝像頭),從而可以實現對所有用例的廣泛覆蓋。反之,將多個感測器的實時資料進行整體聚合會是ADAS系統感測器融合面臨的挑戰。
儘管目前24GHz車載雷達作為解決方案已經廣泛部署,但在當前的新設計中使用的是77GHz。
然而,應注意的是,監管機構正在考慮允許超過100GHz的額外頻帶,例如134/136–141GHz。歐洲技術標準協會(European Technical Standards Institute, ETSI)正在審查在120至260GHz頻率範圍內的超寬頻(Ultrawideband, UWB)無線電測定應用。
系統級規範如表1.1和1.2所示,重點是距離和速度解析度,接收機和發射機的一些關鍵規範分別如表1.2和1.3所示。
從矽技術的角度來看,有兩大趨勢。第一個廣泛使用的技術是SiGe BiCMOS。SiGe BiCMOS的優勢包括目前可用fmax=500GHz到更高fmax=700GHz及更高fmax的新技術的開發正在進行中。
或者,在與訊號處理和數字控制的單片整合的範圍內,使用CMOS技術,這是CMOS的一個關鍵優勢。CMOS可用柵極長度和最大頻率的發展和預測如圖所示。
CMOS技術的另一個關鍵優勢是它能夠在單片積體電路中使用數字邏輯。因此,RF收發器可以與基帶和應用處理單元完美地整合,這使得可以在共享外圍部件[例如,電源管理單元(PMU)]的同時高效地對RF、基帶(BB)和應用處理器(AP)及其互動進行編碼。
這種方法得益於數字邏輯和靜態隨機存取儲存器(SRAM)電晶體密度的增加,從9725 mt /cm^2 (CMOS15nm半間距,2018)、15437 mt /cm^2 (CMOS 11.9 nm半間距,2020)增加到24505 mt /cm^2 (CMOS 9.5 nm半間距,2022),考慮微處理器單元(MPU)/專用積體電路(ASIC)技術路線圖資料。