您深夜還在路上疾馳，急著趕時(shí)間，您的電子記錄器幾乎填滿(mǎn)了，您的卡車(chē)嚴(yán)重超載。雨下得越來(lái)越大。您覺(jué)得太快了，但是周?chē)钠?chē)卻一點(diǎn)也不慢。
突然，一陣警報(bào)讓您精神起來(lái)。您本能的透過(guò)前大燈來(lái)觀(guān)察前面——什么也看不清。但是您的汽車(chē)已經(jīng)開(kāi)始了緊急剎車(chē)。您撇了一眼儀表盤(pán)上的顯示，在那里，一片紅色的圖像越來(lái)越大，是一輛翻倒的貨車(chē)，擋住了彎道周?chē)能?chē)道。您的卡車(chē)自己停下了，前大燈照亮了正在努力救出貨車(chē)司機(jī)的救援人員。
歡迎來(lái)到雷達(dá)輔助駕駛世界。
今后幾年中，雷達(dá)會(huì)在高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）的發(fā)展中扮演重要角色。隨著其角色的擴(kuò)展，雷達(dá)收發(fā)器、信號(hào)處理和自動(dòng)避險(xiǎn)等功能扁平型電感將使得車(chē)載ADAS系統(tǒng)越來(lái)越像作戰(zhàn)飛機(jī)中的戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)，將對(duì)汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)生很大的影響。
為什么是雷達(dá)？
對(duì)ADAS的大部分討論都集中在使用可見(jiàn)波長(zhǎng)攝像機(jī)的被動(dòng)視覺(jué)系統(tǒng)上。而Freescale半導(dǎo)體公司的雷達(dá)系統(tǒng)工程師Ralf Reuter很有說(shuō)服力的論證了77-GHz雷達(dá)的作用。Reuter在一次最近的訪(fǎng)談中談?wù)摰剑?ldquo;重要的一點(diǎn)是，［ADAS傳感技術(shù)］只有雷達(dá)是與天氣無(wú)關(guān)的。而攝像機(jī)在識(shí)別目標(biāo)上有優(yōu)勢(shì)，雷達(dá)更善于探測(cè)物體，測(cè)量其速度。”Reuter解釋到，出于這些原因，很多重視探測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)分類(lèi)評(píng)估的早期系統(tǒng)會(huì)選擇雷達(dá)。他指出：“在歐洲，對(duì)卡車(chē)緊急剎車(chē)系統(tǒng)有很大的需求。它是基于雷達(dá)的。”
雷達(dá)系統(tǒng)會(huì)啟動(dòng)一個(gè)簡(jiǎn)單的中距離系統(tǒng)，向前直視整條道路。但插件電感是，很快會(huì)發(fā)展到多傳感器系統(tǒng)，同時(shí)包括長(zhǎng)距離前視和短距離360度危險(xiǎn)評(píng)估功能，如圖1所示。
圖1.雷達(dá)系統(tǒng)能夠進(jìn)行前向搜索，以及觀(guān)察車(chē)輛四周。
雖然光學(xué)視覺(jué)系統(tǒng)非常成熟了，而雷達(dá)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)會(huì)使其更加完善。Reuter預(yù)測(cè)，在不久的將來(lái)，具有目標(biāo)識(shí)別的多攝像機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)能夠融合視頻和雷達(dá)數(shù)據(jù)，對(duì)周?chē)氖澜缃?dòng)態(tài)模型。
采集信號(hào)
理解雷達(dá)對(duì)汽車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的影響是從理解傳感器開(kāi)始的。大部分汽車(chē)?yán)走_(dá)設(shè)計(jì)都愿意使用24或者77-GHz自由頻段。發(fā)送器一般是頻率調(diào)制的連續(xù)波（FMCW）設(shè)計(jì)，它發(fā)出“啁啾”：在頻域的快速變化，如圖2所示。
圖2.車(chē)載雷達(dá)將使用啁啾類(lèi)型的FMCW。
Reuter解釋說(shuō)：“FMCW大功率電感最大的優(yōu)勢(shì)是簡(jiǎn)化了對(duì)反射信號(hào)的理解。您可以從反射頻率中直接讀取目標(biāo)范圍，從多普勒頻移中得出速度。與脈沖調(diào)制方案相比，產(chǎn)生CW不太復(fù)雜，理解起來(lái)也很容易，很可靠。這是車(chē)輛廠(chǎng)商最關(guān)心的問(wèn)題，他們覺(jué)得花在改進(jìn)ADAS上的每一個(gè)歐元都直接來(lái)自企業(yè)利潤(rùn)。
接收信號(hào)也需要低成本新穎的設(shè)計(jì)。通過(guò)采集方位信息來(lái)收集反電感器廠(chǎng)家射信號(hào)需要機(jī)械掃描天線(xiàn)或者相控陣天線(xiàn)，并且結(jié)合了數(shù)字聚束算法。天線(xiàn)后面一般是具有很多通道的零差接收機(jī)，這是天線(xiàn)設(shè)計(jì)所需要的——用于簡(jiǎn)單旋轉(zhuǎn)天線(xiàn)，一個(gè)陣列有16個(gè)。
Reuter說(shuō)：“接收機(jī)輸出是DC-20-MHz頻帶的基帶信號(hào)。”設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)具有良好方位角分辨率的系統(tǒng)會(huì)有8至16個(gè)通道，需要8至16個(gè)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。
從啁啾中提取信息
來(lái)自每一通道的數(shù)字基帶信號(hào)流入到快速傅里葉變換（FFT）模塊中，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)度高達(dá)2K采樣的變換。Reuter說(shuō)：“過(guò)去，執(zhí)行FFT意味著需要很多FPGA。今天，發(fā)展趨勢(shì)是集成了浮點(diǎn)DSP加速器的32位微控制器。”聚束系統(tǒng)可以使用兩塊FFT從信號(hào)中提取出范圍和速度數(shù)據(jù)，如圖3所示。
圖3.聚束以及范圍和速度估算的FFT配置。
實(shí)際上，這一前端處理單元處理輸入的多個(gè)FMCW模擬通道，形成方位角/范圍/速度數(shù)組的數(shù)字碼流。這一數(shù)據(jù)流進(jìn)入到一個(gè)或者多個(gè)CPU內(nèi)核中，由其他加速器所支持的自制電感軟件會(huì)推斷出在車(chē)輛周?chē)欠裼形矬w出現(xiàn)，物體的位置以及屬性。
Reuter解釋說(shuō)：“您需要識(shí)別出目標(biāo)，把它們從背景中分離出來(lái)，選擇最關(guān)鍵的一個(gè)。您可能需要處理200個(gè)目標(biāo)，因此，計(jì)算會(huì)非常復(fù)雜，特別是提取出角度信息。” 大功率電感廠(chǎng)家 |大電流電感工廠(chǎng)
