4D成像雷达芯片组增强目标识别

发布时间: 2023-05-05 14:15:20 电子资讯发布人: 久芯网浏览量: 149

雷达越来越受欢迎，尤其是随着目标识别/分类和更高纬度分辨率的进步，这是传统雷达无法做到的。有了这些新的创新，雷达正成为汽车制造商和开发高度自动化汽车的一级公司最受欢迎的传感器。雷达系统解决方案（来源：恩智浦）为了回应汽车行业的高期望，恩...

雷达越来越受欢迎，尤其是随着目标识别/分类和更高纬度分辨率的进步，这是传统雷达无法做到的。有了这些新的创新，雷达正成为汽车制造商和开发高度自动化汽车的一级公司最受欢迎的传感器。

雷达系统解决方案（来源：恩智浦）

为了回应汽车行业的高期望，恩智浦半导体宣布，它正在对一套新的雷达传感器芯片组进行采样，该芯片组由该公司的S32R45雷达处理器和名为TEF82xx的新77GHz收发器组成。

恩智浦开创性的射频CMOS雷达五年前，凭借其首款名为“Dolphin”的雷达芯片，该公司一直是领先的汽车雷达解决方案供应商。

恩智浦的4D成像传感器不仅可以测量距离和速度，还可以测量“仰角、方向和到达角，同时以更高的分辨率识别物体”，执行副总裁兼射频处理总经理Torsten Lehmann在接受EE时间Lehman说，有了4D成像雷达，不仅可以理解水平面，还可以理解垂直面，例如，车辆可以确定是在物体的“下面”还是“上面”行驶。

他说：“想象一个场景，一辆汽车在高速公路上以每小时80公里的速度行驶，而一辆摩托车——一个反射率低的小物体——以每小时200公里的速度从后面驶来。”。Lehmann解释说，与相机和激光雷达不同，这些新改进的雷达可以识别最初相距很远的摩托车，并识别这两个物体以两种不同的速度移动。

（来源：恩智浦）

到目前为止，雷达是唯一一种能够在300米以上工作的传感器，能够识别高速运行的物体。无论是相机还是激光雷达都无法处理那么远的距离和速度。

随着高分辨率成像雷达的出现，包括恩智浦在内的许多雷达供应商都渴望将雷达提升为唯一能够在最恶劣的天气和照明条件下工作的高速传感器。

可扩展性

恩智浦并不是唯一一个谈论4D成像雷达的公司。大陆集团去年9月宣布它正在使用Xilinx FPGA部署汽车行业第一台生产就绪的4D成像雷达，预计将于2021在乘用车上发布。

鉴于恩智浦在77GHz RF CMOS收发器和S32R45雷达处理器方面的批量生产经验，恩智浦声称，与通用FPGA实现相比，其4D成像雷达芯片组可以大幅降低成本和功率效率。然而，恩智浦没有具体说明成本/功率降低的程度。

VSI实验室创始人兼总裁Phil Magney告诉我们，“多年来，我们一直在密切关注这个领域。具有讽刺意味的是，我第一次听说它是在几年前的恩智浦演示中。当时，它被认为是激光雷达的潜在竞争对手，因为新雷达可以产生点云。”

显然，恩智浦公司已经计划推出4D成像雷达一段时间了。

但恩智浦的宣传正在发生变化。该公司现在不再只是吹嘘其生产点云的能力，而是将重点转移到一套新雷达解决方案所提供的可扩展性上。

恩智浦现在标榜“一个可扩展到不同用例的通用平台”，从角雷达、远程前雷达到成像雷达。这对于寻求技术以满足新车评估计划（NCAP）要求的行业来说很重要，该计划要求在盲点和自动紧急制动功能方面具有更好的性能。莱曼解释说，虽然NCAP没有具体说明首选的传感器技术，但汽车制造商迫于压力，正在寻找更好的雷达技术，可以检测角落和前方的物体。

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（来源：恩智浦）

对于Leve1和Leve2车辆的盲点检测和车道辅助，NXP的单个TEF82xx收发器和S32R45雷达处理器的组合可以工作。L2和L3汽车增加自动巡航控制和前后碰撞警告将需要两个收发器，而不是一个。对于L4和L5自动驾驶汽车所需的物体分离和分类，原始设备制造商可以将四个级联收发器与一个雷达处理器相结合。

关键是，在向更高自动化的过渡过程中，必须解决不同品牌和型号的汽车制造商应该能够使用一个设计用于重复使用软件和硬件的单一平台。

向4D成像雷达过渡

然而，汽车雷达的发展却被营销术语所混淆。

传统雷达——有时被称为2D——转变为成像雷达。Magney解释道：“成像雷达本质上创造了一个阵列，从而使测量密度急剧增加。”。“相比之下，传统的二维雷达很粗糙，每个物体只产生一个点。但成像雷达会产生很多点，以更好地了解被跟踪的东西。”总之，他指出，“成像雷达产生垂直分辨率，传统雷达在单平面上工作。”

那么3D和4D成像雷达有何不同？

Magney指出：“我认为时间被用于第四维度。我也从其他几家公司那里听说过这一点，他们就是这样使用时间的。”。但他补充道，“老实说，4D比其他任何东西都更像是营销炒作，因为时间元素来源于多普勒。所以，如果是这样的话，那么传统的2D可以被称为3D。”

换言之，时间因素一直对雷达提供的功能至关重要。当被问及同样的问题时，恩智浦的Lehman指出，4D成像传感器的第四个要素是“横向分辨率”。4D成像雷达能更好地捕捉环境，确定车辆是否能在物体下方或上方飞行。

纬度分辨率

Magney指出，“更高的纬度分辨率”意味着更高的垂直分辨率。“这本身就是一个更重要的特点。”

这一讨论让人想起约书亚·布朗案。2016年5月，布朗驾驶的特斯拉Model s轿车在佛罗里达州27A号美国高速公路上与一辆横穿他的牵引拖车相撞，导致司机死亡。据广泛报道，配备了摄像头和传统2D雷达的特斯拉认为汽车可以在巨大的钻机下行驶，并直接撞上了它。

这张照片显示的是半挂车的右侧。红色椭圆形区域突出了约书亚·布朗的特斯拉s的碰撞损坏。（来源：国家运输安全委员会)

4D成像传感器能防止这样的致命事故吗？Magney说：“是的，这种类型的雷达不容易出现来自传统雷达的误报。它也不会允许特斯拉发生事故。”

更高性能的收发器和雷达处理

恩智浦的新型TEF82xx（75mm x 75mm）基于其基于40nm工艺技术的第二代RFCMOS。该公司声称，与之前的版本相比，它可以将增强感应的射频性能提高一倍。

（来源：恩智浦）

新的收发器芯片还提供了目标周围4X的相位噪声降低，从而有可能提供更好的物体分离。它配备了6位相位旋转器，用于波束控制应用和高级调制MIMO支持。

恩智浦的新型S32R45雷达采用16nm FinFET工艺。该公司声称，它为L4和L5车辆提供了高达4X的级联收发器支持，以“精确的环境映射和增强的场景理解”。

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S32R45框图。（来源：恩智浦）

需要注意的是，S32R45能够实现新型雷达加速度。更具体地说，根据恩智浦的说法，它提供了新的“线性代数雷达加速器”，与ARM A53核心相比，其性能高达64倍。恩智浦声称，这意味着即使在恶劣的天气条件下也能运行“超分辨率到达方向（DoA）算法和真正的MIMO操作”。

再次辩论：激光雷达与雷达

恩智浦声称其新型4D成像雷达的角度分辨率低于1度。但它与激光雷达相比如何？

Lehman指出，“如果你谈论的是高性能激光雷达，就像Waymo使用的机械旋转激光雷达一样，它可以产生很多颗粒状的点云，因为它的角分辨率低于0.1°或0.5°。”他补充道，但这样的激光雷达“体积庞大，成本高达数千美元。”

Magney观察到，“有传言称，特斯拉正在考虑为model 3平台使用成像雷达，这将是一个好举措，因为它为不使用激光雷达提供了更好的答案。”System Plus Consulting的拆解显示，特斯拉使用了大陆集团的2D雷达报告人EE时间.

然而，根据Magney的说法，特斯拉已经从大陆集团转向博世，以获得更大的续航里程。他解释说，这两种雷达都是2D雷达，具有传统雷达的局限性。Magney说：“就我而言，特斯拉转向成像雷达将是明智的。要明白，成像雷达会产生点云。尽管它的分辨率比激光雷达低，但它比传统雷达有了巨大的改进。”。

不过，总的来说，Magney强调，“我现在还不打算把激光雷达扔到公交车下面。”

在他看来，激光雷达现在比雷达有着巨大的优势，尽管随着新雷达的出现，这一差距可能正在缩小。“激光雷达的关键应用之一是它能够根据基本地图进行相对定位。这对城市机器人和穿梭机至关重要，我认为你无法取代激光雷达完成这项任务。”

Magney总结道：“即使4D雷达出现，激光雷达也不会消失。你可以说，新雷达克服了传统雷达的一些局限性，而不是取代激光雷达。”

可利用性

恩智浦（NXP）的新雷达芯片组（今天取样）将于2021投入批量生产。雷曼表示，转角雷达、前向雷达和4D成像雷达将在2021的几个月内发布，但这三种雷达都将在下半年推出。他拒绝就定价发表评论。

>>这篇文章最初发表在我们的姐妹网站上，EE时间.

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