除了自动驾驶汽车，毫米波雷达还能这样玩！

2018年04月19日

随着智能汽车以及自动驾驶技术的兴起，车载雷达已经开始成为自动驾驶领域的关键性技术。虽然近两年激光雷达成为了自动驾驶的热点，但其居高不下的成本，以及在雾霾、雨雪、大雾天气下，激光雷达无法正常工作等问题，使得毫米波雷达依旧是自动驾驶的主流。

目前众多的支持ADAS（Advanced Driver Assistance Systems，高级驾驶员辅助系统）的汽车几乎都配备了多个毫米波雷达传感器。而除了汽车领域之外，在人机交互领域雷达也开始有了新的应用。在日前举行的 EEVIA 2018年度中国ICT媒体论坛上，全球主要的雷达传感器厂商英飞凌对此进行了详细的介绍。

雷达的作用级原理

雷达（RADAR）全称为Radio Detection And Ranging，即用无线电波探测和测距。该技术最早应用于军用领域，在地面设备、战机、舰艇上广泛使用，可以利用无线电波探测敌方目标是否存在，目标的位置、角度/目标方向、距离和速度。

而雷达所能探测到的信息主要取决于雷达的功能和其所支持的运行模式。比如，通过多普勒连续被波（CW）雷达可以探测物体的运动以及运动速度；通过频移键控（FSK）可以探测物体运动、运动速度以及运动中的距离；而通过调频连续波（FMCW）雷达则可探测物体是否存在、运动、速度和距离。

而且由于雷达采用的是无线电波，所以其对于光线、气候环境的抗干扰性较强。

在雷达技术进入开始进入民用领域之后，首先在频率较高的毫米波段，雷达技术开始被应用于汽车领域，依靠其出色的目标探测能力为车辆主动安全服务。

车载雷达系统的硬件部分主要包括：发射机、接收机、信号处理器和天线。发射机是将电能转化为电磁波信号；而接收机则负责将反射回的电磁波信号转换为低频信号；信号处理器再从转换好的低频信号中计算出物体的距离和角度等信息。天线则起到信号发射和接收的作用。除了这些硬件之外，雷达还需要软件算法以及交互界面。

77GHz雷达和24GHz雷达

在工作频段方面，目前所有的雷达都在从300MHz到300GHz范围内的特定频段上工作。每个国家对这些频段都有不同的定义。而不同的频段则对应雷达天线的外形尺寸、应用范围/距离、全球频段可用性、其他射频信号的干扰、波长（频率越高，波长越短，分辨率/精准度越高）。

综合来看，目前雷达系统一般采用比较多的是24GHz、60GHz、77GHz频段，主要针对工业、工业自动化和汽车领域。其中，24GHz的波长是1.25cm（虽然24GHz的波长是1.25cm，但是目前业界也依然将其称之为毫米波），60GHz是5mm，77GHz的波长则更短，只有3.9mm。一般来说，波长越短，分辨率/精准度就越高（但是信号易衰减、传播距离短）。所以，精度更高的77GHz雷达主要被用于汽车领域。

虽然，24GHz毫米波雷达在工业自动化领域，监控、智能开门装置、无人机、智能家电等领域都有采用。但是，目前24GHz毫米波雷达和77GHz毫米波雷达一样也都有被广泛用于汽车领域。那么二者又有何不同呢？

首先，77GHz毫米波雷达的体积更小。24GHz毫米波雷达和77GHz毫米波雷达的性能及算法其实相差不远，更主要的差距还是在雷达体积上。由于24GHz雷达的频率更低波长更长，因此雷达所需要的天线就更长，做成小体积雷达的难度就更高，因此24GHz毫米波雷达会比77GHz毫米波雷达的体积更大，在追求美观与轻量化的车载领域体积是个关键问题。

第二，24GHz毫米波雷达的射频芯片相对77GHz雷达射频芯片更易获取。各大厂商经过多年对24GHz毫米波雷达的研发，市场上24GHz毫米波雷达的产品体系已经相对成熟，供应链已经相对稳定。在国内，24GHz的核心芯片射频芯片能从飞思卡尔等芯片供应商获得。但是，目前在全球范围内77GHz毫米波雷达芯片并没有稳定的供应体系，由于相关知识产权与合作协议的原因，飞思卡尔、英飞凌、意法半导体等芯片商对中国并没有放开77GHz雷达芯片的供应，因此国内77GHz毫米波雷达的开发受到很大限制。

第三，77GHz毫米波雷达的检测精度更好。相比于24GHz雷达，77GHz雷达的波长更小，虽然绕射能力比24GHz雷达要弱，但是其检测精度更高。因此未来对于检测精度精益求精的自动驾驶来说，77GHz毫米波雷达无疑更具有一定优势。

第四，77GHz毫米波雷达所需要的工艺更高。77GHz毫米波雷达最大的制造难度体现在其工艺上，77GHz毫米波雷达由于体积小，其线路板的面积很小，因此射频线路的设计难度非常高，成片的成品率也比较低。而国内对77GHz射频线路设计的经验相对匮乏。

所以，总体上来看，虽然77GHz雷达性能更好，体积更小，但是技术和制造工艺要求较高，供应链也并未完全成熟，成本也较高。而24GHz毫米波雷达性能虽然体积相对较大，但是性能也并不差，而且技术工艺和供应链相对都比较成熟，成本也较低。

“每个国家对这些频段都有不同的定义。现在你可以看到微波炉是2.4GHz，在手机部分也是2.xGHz到3.xGHz，5G部分有sub-6GHz。对于雷达来说，24GHz和60GHz这个是已经被分配给工业这个部分来使用，这是你可以自由去使用，不需要付钱的一个频段。针对汽车，可以看到是在77GHz。这是在各个不同的国家和法规上面比较清楚定义的一个频段。”英飞凌电源管理及多元化市场事业部大中华区——射频及传感器部门总监麦正奇解释到。

根麦正奇介绍，英飞凌在雷达领域已经有10年的丰富经验，涉足了从汽车到工业的多个市场。目前英飞凌在汽车雷达市场份额全球排名第一（77GHz和24GHz毫米波雷达都有），雷达传感器芯片销量已超过4500万颗。

毫米波雷达新应用：人机交互

60GHz雷达由于拥有频率高、波长短、精度高等特性，除了在我们前面提到的一些3C产品、智能家居或者医疗等相关领域有应用之外，也可以被用于它做一些生命特征感测功能，用于人机交互领域。

其主要特性和优点有：可穿透材料进行信号传输，所以可以隐藏在设备外壳内；同时由于采用的是短波长，所以天线也可以集成在封装内，这也使得系统设计外型可以更加小巧；最主要的是，60GHz雷达拥有高达7GHz的带宽，可以实现亚微米级的分辨率，所以能够辨识最轻微的动作，可以在物体移动或者是手势变化时，给予一些更精准的回馈。