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超高分辨率毫米波成像雷达感知功能助力实现完美驾驶体验

Robot Vision 来源:电子发烧友网 作者:李宁远 2022-05-22 20:58 次阅读
关于自动驾驶技术近年来一直都在发展,也一直为人们所津津乐道,到底什么时候才能真正实现汽车的全自动驾驶。时至今日,事实是全自动驾驶汽车仍然还没有出现,但技术的进步也让人们一直对其抱有期待。抱有期待的同时,很多与其相关的负面报道也层出不穷,自动驾驶汽车仍然存在重大的感知问题,其感知并理解周围环境的能力尚有欠缺,这也是目前很多自动驾驶汽车出现事故的主要原因。
感知能力不足问题在哪
感知能力的欠缺,只要问题出在我们老生常谈的传感器身上。
先从摄像头说起,这类传感器不仅在特殊的工作情况下会出现问题,即便是在日常情况下,也可能会出现问题。摄像头的感知水平,很大程度上受到天气和光照条件的限制,存在“失明”风险。从其感知能力来说,它感知的范围有限。也不能测算速度,对周围的环境缺少深度的感知。
因为摄像头有这样的局限,所以雷达是自动驾驶汽车更好的选择,而现有的传统的毫米波雷达也存在危险隐患,尤其是对于L2+级别和NCAP安全来说,现有毫米波雷达仍然不够先进。首先,分辨率极其受限,这里指的是角度上的分辨率,仰角分辨率的不足会导致雷达忽略静态物体,无法实现感知和自由空间映射(可行驶区域),没有俯仰分辨率则意味着无法测量高度。而且传统毫米波雷达算力、内存大小限制了传感器对多个目标同时跟踪的能力。误报也增加了现有毫米波雷达的不可靠性。
想要解决自动驾驶汽车感知能力不足的问题,传感器,尤其是毫米波雷达传感器的升级是迫在眉睫的。
成像雷达解决传统雷达缺点
成像雷达,区别于传统雷达,需要具备以下几个特征,首先需要能够映射环境,实现感知和自由空间映射,可以避开运动以及静止的障碍物;其次要能够更有效地消除误报,解决“幽灵刹车”问题;最后当然是更高的灵敏度和分辨率。
(成像雷达,Arbe)
成像高分辨率雷达虽然能解决传统毫米波雷达的一些弱势,但是任何一种传感器都是有自己的优劣势。下图直观地展示了适用于所有使用场景的传感器组合的一些优劣势。在大部分应用中需要考虑的点上,摄像头加成像雷达都能较好的覆盖。
(优劣势对比,Arbe)
成像毫米波雷达在高分辨率、全方位感知以及误报这几项上明显地超出了传统毫米波雷达,其实这些主要是受益于成像毫米波雷达在角度分辨率上的提高,其对汽车可自由行驶区域映射增强了很多。
雷达革命如何实现?
从上面的对比我们可以对成像雷达下这么一个定义——可以看到清晰图像,支持仰角和自由空间映射的毫米波雷达。实现这一目标的方法,则是拥有大量的天线通道。天线通道的增加使得器件的空间采样能力大大提升。
实现方法看起来不复杂,但实现起来并不容易。传统的毫米波雷达拥有12个虚拟通道,后面有四片级联组成192个通道。而以Arbe的高分辨率成像雷达为例,器件拥有2304个通道,并配置了大量通道数的专用射频芯片组。
通道数多了之后,感知能力毫无疑问会提升,但是处理能力能否跟上也是很大的挑战。一般192个通道时就已经需要使用FPGA来处理了,当通道高达2304个时,只有专用处理器才能负载起这种量级的数据。
实现基于毫米波雷达的后处理算法是另一个增强的地方。这个算法包括自由空间映射、物体追踪以及SLAM能力。这些功能完全基于成像雷达本身,而不是结合摄像头或者其他传感器来做的。这一点很关键,这意味着这种算法属于超高分辨率雷达本身的能力。成像雷达可以基于整体点云的方式来与后续的摄像头感知做前数据融合,也可以每个传感器各自检测追踪后然后再做前数据融合,然后从算法层做场景理解。这种超高分辨率雷达能实现自动运动检测,而不需要另外的传感再去做速度、角度等参数的测量,也就是整个感知均有雷达本身完成。
(自身运动检测,Arbe)
另外值得一提的是,对于传统的雷达来说横向运动的检测很难,尽管雷达对于多普勒效应能感知,但是精确感知还是很难。角度分辨率必须足够高才能精确地感知横向运动。这也是成像雷达极具优势的地方。
小结
目前,成像雷达的市场在自动驾驶汽车整车厂、智能机器人、以及自动驾驶出租车领域进展迅速。据Arbe预估,整车厂预计会在2025年左右批产带有超高分辨率成像雷达的全新车型;智能机器人,尤其是在物流移动机器人领域,到明年左右会开始大量应用。
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    HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

    和特点 转换增益: 12.5 dB(典型值) 镜像抑制: 28 dBc(典型值) 噪声系数: 5 dB(典型值) 针对1 dB压缩(P1dB)的输入功率: -9 dBm(典型值) 输出三阶交调截点(IP3): -1 dBm(典型值) 输出二阶交调截点(IP2): 20 dBm(典型值) RFIN上6倍本振(LO)泄漏: -40 dBm(典型值) IFOUT上1倍LO泄漏: -50 dBm(典型值) 射频(RF)回波损耗: 5 dB(典型值) LO回损: 20 dB(典型值) 裸片尺寸: 3.599 mm × 2.199 mm × 0.05 mm产品详情 HMC7586是一款集成E频段的砷化镓(GaAs)单芯片微波集成电路(MMIC)同相和正交(I/Q)下变频器芯片,工作频率范围为71 GHz至76 GHz。 HMC7586在整个频段内提供12.5 dB小信号转换增益和28 dBc镜像抑制性能。 该器件采用低噪声放大器,后接由6倍倍频器驱动的图像抑制混频器。 该镜像抑制混频器使得低噪声放大器之后无需使用滤波器。 可针对直接变频应用提供差分I和Q混频器输出。 或者,可利用外部90°混合型器件和两个外部180°混合型器件将输出合并,以实现单边带应用。 所有数据包括IF端口上1 mil金线焊的效应。应用 E频段通信系统 高容量无线回程 测试与测量...
    发表于 02-22 15:31 119次 阅读
    HMC7586 71 GHz至76 GHz,E频段I/Q下变频器

    HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

    和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 噪声系数:8 dB(典型值) 接收器增益:0 - 70 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 可编程基带增益和滤波器带宽 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成AM和FM检波器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的75引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6301是一款完整的毫米波接收器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm × 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,包括低噪声放大器(LNA)、镜像抑制滤波器、RF至IF下变频器、IF滤波器、I/Q下变频器和频率合成器。该接收器的工作频率范围为57 GHz至64 GHz,双边调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250 MHz、500 MHz或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64 QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256 QAM的调制。通过通用模拟基带I/Q接口提供对各种调制格式的支持。接收器器件还内置AM和FM检波器以便解调开关键控(OOK)、频移键控(FSK)或最小...
    发表于 02-22 15:14 270次 阅读
    HMC6301 毫米波接收器,57 GHz - 64 GHz

    ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

    和特点 用于单端接收机(Rx)输入和本振(LO)输入的集成巴伦 Rx通道增益: 22 dB 噪声系数(NF): 10 dB P1dB: −10 dBm LO输入范围: -8 dBm至+5 dBm Rx至IF隔离: 30 dB RF信号带宽: 250 MHz Rx输出阻抗: 900 Ω差分 LO输入缓冲器: 24 GHz RF和LO S11(50 Ω时): -5 dB 集成模拟输出的温度传感器:±5° 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):500 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5904是一款4通道、24 GHz接收机下变频器。 每个通道包含一个集成片内巴伦的单端RF输入,后接差分低噪声放大器(LNA),以及集成差分输出缓冲器的下变频混频器。 RF LO路径还有片内巴伦。 片内寄存器通过简单的三线式接口进行控制。 ADF5904采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。 应用 汽车雷达 工业雷达 微波(μW)雷达传感器 方框图...
    发表于 02-22 15:07 487次 阅读
    ADF5904 4通道、24 GHz接收机下变频器

    ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

    和特点 RF 前端集成了 RF 巴伦和 LNA双平衡有源混频器,带高动态范围 IF 放大器具有低相位噪声和多核 VCO 的小数 N 频率合成器采用集成 LDO 稳压器的 5 V 电源供电输出 P1dB:7 dBm输出 IP3:16 dBm转换增益:36 dB噪声指数:7 dBRF 输入频率范围:16.95 GHz 至 22.05 GHz内部 LO 频率范围:16.75 GHz 至 21.15 GHzIF 频率范围:900 MHz 至 2500 MHz单端 50 Ω 输入阻抗和 75 Ω IF 输出阻抗可通过 4 线 SPI 编程32 引脚, 5 mm × 5 mm LFCSP 产品详情 ADMV4420 是一款高度集成的双平衡有源混频器,集成了小数 N 分频频率合成器,非常适合下一代 K 波段卫星通信。RF 前端由集成的 RF 巴伦和低噪声放大器(LNA)组成,可实现最佳的 7 dB 单边带噪声指数,同时最大限度地减少外部元件。此外,高动态范围 IF 输出放大器提供 36 dB 的标称转换增益。集成的低相位噪声、小数 N 分频锁相环(PLL),带有多核压控振荡器(VCO)和内部 2 倍乘法器,可为双平衡混频器产生必要的片内 LO 信号,无需外部频率合成。多核 VCO 使用内部自动校准程序,使得 PLL 可选择必要设置,并锁定约 400 μs。...
    发表于 02-22 15:07 263次 阅读
    ADMV4420 具有集成小数 N 分频 PLL 和 VCO 的 K 波段下变频器

    ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

    和特点 24 GHz 至 24.25 GHz VCO(工业、科学和医疗(ISM)射频频段) 双通道 24 GHz 功率放大器,输出为 8 dBm 单端输出 具有静音功能的双通道多路复用输出 可编程输出功率 LO 输出缓冲区 射频频率范围:24 GHz 至 24.25 GHz 功率控制检波器 辅助 8 位 ADC 高速和低速 FMCW 斜坡生成 25 位固定模数可实现亚赫兹频率分辨率 PFD 频率高达 110 MHz 归一化相位本底噪声为 −222 dBc/Hz 可编程电荷泵电流 ±5°C 温度传感器 4 线 SPI ESD 性能 HBM:2000 V CDM:250 V 符合汽车应用要求 产品详情 ADF5902 是一款 24 GHz 变送器(Tx)单片微波集成电路(MMIC),具有片内 24 GHz 压控振荡器(VCO)。VCO 具有分数 N 频率合成器,并具有波形生成功能、可编程网格阵列(PGA)和用于雷达系统的双变送器通道。片内 24 GHz VCO 为两个变送器通道和本地振荡器(LO)输出生成 24 GHz 信号。每个变送器通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器的控制都是通过简单的四线串行外设接口(SPI)实现的。ADF5902 采用紧凑式 32 引脚 5 mm × 5 mm LFCSP 封装。应用...
    发表于 02-22 15:06 353次 阅读
    ADF5902 24 GHz、ISM 频段、多频道 FMCW 雷达变送器

    ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

    和特点 24 GHz至24.25 GHz压控振荡器(VCO) 具有8 dBm输出的2通道24 GHz功率放大器(PA) 单端输出 具有静音功能的2通道Muxed输出 可编程输出功率 N分频器TX输出(鉴频器) 24GHz LO输出缓冲器 250MHz信号带宽 电源控制检波器 辅助8位ADC ±5°C温度传感器 4线式串行外设接口(SPI) 静电放电(ESD)性能 人体模型(HBM):2000 V 充电器件模型(CDM):250 V 通过汽车应用认证 产品详情 ADF5901是一款24 GHz Tx单片微波集成电路(MMIC),片内集成24 GHz VCO和PGA,并有两个Tx通道,适用于雷达系统。片内24 GHz VCO产生用于2个Tx通道和LO输出的24 GHz信号。每个Tx通道包含一个功率控制电路。还有一个片内温度传感器。所有片内寄存器均通过简单的4线式接口进行控制。ADF5901采用紧凑型32引脚、5 mm × 5 mm LFCSP封装。应用 汽车雷达 工业雷达 微波雷达传感器 工业传感器 精密仪器 油箱液位传感器 智能传感器 开门 节能 商用传感器:对象检测和跟踪 汽车、船舶、飞机和UAV(无人机):防撞 智能运输系统:智能交通监控和控制 监控和安全 方框图...
    发表于 02-22 15:05 646次 阅读
    ADF5901 24GHz VCO + PGA + 2通道PA输出

    HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz

    和特点 频段:57 - 64 GHz RF信号带宽:最高达1.8 GHz 针对1 dB压缩的输出功率:15 dBm 增益:5 - 35 dB 数字和模拟RF和IF增益控制 集成频率合成器 集成镜像抑制滤波器 部分外置的环路滤波器 支持外部LO 片内温度传感器 支持256-QAM调制 集成MSK调制器 通用模拟I/Q基带接口 三线式串行数字接口 符合RoHS标准的65引脚晶圆级球栅阵列封装 产品详情 HMC6300BG46是一款完整的毫米波发射器集成电路,采用符合RoHS标准的6 mm x 4 mm晶圆级球栅阵列(WLBGA)封装,工作频率范围为57 GHz至64 GHz,调制带宽高达1.8 GHz。集成式频率合成器在250、500或540 MHz步长下进行调谐,具有出色的相位噪声,支持高达64-QAM的调制。或者,可以注入外部LO,它支持用户可选LO特性或相位相干发射和接收操作以及高达256-QAM的调制。通过通用模拟基带IQ接口提供对各种调制格式的支持。发射器芯片还支持专用FSK、MSK、OOK调制格式,从而实现更低成本和功耗的串行数据链路,而无需使用高速数据转换器。差分输出向100 Ω负载提供高达15 dBm的线性输出功率。同时支持单端操作,最高12 dBm。与HMC6301BG46一起,完整的60 G...
    发表于 02-22 12:05 427次 阅读
    HMC6300 60 GHz毫米波发射器,57 GHz - 64 GHz