2020年12月09日 | NXP新一代雷达传感器芯片，推动4D成像技术发展

雷达技术正变得越来越火，特别是在目标识别和高纬度分辨率方面取得了长足的进步，这是传统雷达无法做到的。随着这些新技术出现，雷达正成为汽车制造商和高度自动化汽车制造商中最受欢迎的传感器。

近日，NXP宣布他们正在对一套新的雷达传感器芯片组进行采样，这些芯片组包括S32R45雷达处理器和名为TEF82xx的新型77GHz收发器。

NXP是汽车雷达解决方案领域里的高级玩家，他们在五年前率先推出了射频CMOS雷达，其首款雷达芯片名为“Dolphin”。

执行副总裁兼无线电频率处理总经理Torsten Lehmann在表示，NXP的4D成像传感器不仅可以测量距离和速度，还可以测量“高度、方向和到达角度，同时以更高的分辨率识别物体， 4D成像雷达不仅能识别水平平面，还能识别垂直平面，例如，汽车可以决定是在物体的“下面”还是“上面”驾驶。

NXP的4D成像传感器不仅可以测量距离和速度，还可以测量“高度、方向和到达角度，同时以更高的分辨率识别物体，”执行副总裁兼无线电频率处理总经理Torsten Lehmann在接受EE Times采访时解释道。雷曼说，4D成像雷达不仅能识别水平平面，还能识别垂直平面，例如，汽车可以决定是在物体的“下面”还是“上面”驾驶。

Lehmann:“想象一下，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（一个低反射率的小物体）正以每小时200公里的速度从后面驶来。与相机和激光雷达不同，这些改进的雷达可以识别最初相距很远的摩托车，并识别出这两个物体以不同的速度移动。“

到目前为止，雷达是唯一一种能够在300米以上运行并识别高速运行物体的传感器。照相机和激光雷达都无法处理这么远的距离和速度。

随着高分辨率成像雷达的出现，包括NXP在内的许多雷达供应商都迫切希望将雷达提升为唯一能够在恶劣天气和光照条件下工作的高速传感器。

可伸缩性

NXP并不是唯一一家在研制4D成像雷达的公司。大陆航空公司去年9月宣布，他们正在使用Xilinx FPGA部署汽车行业首个可生产的4D成像雷达，预计2021年将用于乘用车。

鉴于NXP大量生产77GHz射频CMOS收发器和S32R45雷达处理器的经验，NXP声称相比通用的FPGA，其4D成像雷达芯片组可以大大降低成本和功率效率。然而，NXP并没有具体说明成本/功率降低的程度。

VSI Labs的创始人和总统成员Phil Magney介绍，“我们已经密切关注这个领域很多年了。但我第一次听说它是在几年前的一个NXP演示会上。当时，它被认为是激光雷达的潜在竞争对手，因为新的雷达可以产生点云。”

显然，NXP对4D成像雷达的研究已有一段时间了。

但NXP的论调正在转变。他们不再只是夸大其制造点云的能力，而是将重点转移到新雷达解决方案套件所提供的可伸缩性上。

NXP现在提供“跨不同用例的通用平台”，范围从角落雷达、远程前端雷达到成像雷达。这对于汽车行业来说很重要，因为他们正在寻求技术，以满足新车评估计划(NCAP)要求的在盲点和自动紧急制动功能方面有更好表现。Lehmann解释，虽然NCAP没有明确说明首选的传感器技术，但汽车制造商迫切需要满足NCAP的要求，他们正在采购更好的雷达技术，以探测角落和前方的物体。

NXP的单一TEF82xx收发器和S32R45雷达处理器可以用于L1和L2车辆的盲点检测和车道辅助。为L2和L3汽车增加自动巡航控制和前后碰撞警告将需要这两个收发器。对于L4和L5自动驾驶汽车所要求的目标分离和分类，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结合在一起。

关键在于，在向更高自动化水平过渡的整个过程中，那些汽车制造商应该能够使用单一的平台来重用软件和硬件，以便解决不同品牌和车型问题。

如何向4D成像雷达过渡

然而，汽车雷达的发展被营销搞得一团糟。

传统雷达有时被称为2D 或成像雷达。Magney解释：“成像雷达本质上创造了一个阵列，因此测量密度急剧增加，”传统2D雷达比较粗糙，每个物体只产生一个点。但是，成像雷达可以提供许多点，以便更好地了解被跟踪的是什么。总而言之，“成像雷达产生的垂直分辨率，是传统雷达在单一平面上工作的结果。”

那么3D和4D成像雷达有什么不同呢?

Magney：“我认为时间应被用于第四维空间。我也从其他一些公司听到过这样的说法，他们就是这样使用的。老实说，4D更多的是营销炒作，因为时间元素是从多普勒得到的。所以，如果是这样的话，那么传统的2D可以被称为3D。”

换句话说，时间因素一直是雷达提供的关键。当被问及同样的问题时，NXP Lehman指出，4D成像传感器的第四个要素是“横向分辨率”。4D成像雷达能更好地掌握环境，确定车辆是否能在物体下方或上方驾驶。

纬度分辨力

Magney指出，“更高的纬度分辨率”意味着更高的垂直分辨率。这是更重要的特征之一。”

举个案例，2016年5月，在美国佛罗里达州的27A高速公路上，一辆特斯拉S型轿车与一辆横过其他方向道路的牵引式挂车相撞，导致司机死亡。据报道，这款配备了摄像头和传统2D雷达的特斯拉，本以为汽车可以钻到货箱下面，但是它直接撞上了。

4D成像传感器能防止这样的致命事故吗?Magney:“是的，这种类型的雷达不容易出现传统雷达的误报。而且它也不会允许发生类似特斯拉事故。”

更高性能的收发器和雷达处理效率

NXP的新TEF82xx - 75mm x 75mm 是基于40nm工艺技术的第二代RFCMOS。与之前的版本相比，它可以增强射频性能。

新的收发芯片还提供4倍目标附近的相位降噪，这提供了更好的目标分离。它带有一个6bit的相位旋转器，用于波束控制应用和高级调制MIMO支持。

NXP的S32R45雷达采用16nm FinFET工艺。它为L4和L5车辆提供了高达4倍的级联收发器支持，并用于“精确的环境测绘和增强场景理解”。 

值得注意的是，S32R45能够实现雷达加速。NXP表示，与ARM A53内核相比，它提供了全新“线性代数雷达加速器”，最高可达64X的性能。这意味着即使在恶劣的天气条件下，也可以运行“超分辨率到达方向(DoA)算法和真正的MIMO操作。

激光雷达 vs 雷达

NXP介绍，他们的新4D成像雷达提供低于1度角分辨率。但是它与激光雷达相比如何呢?

Lehman指出:“如果你谈论的是一种高性能的激光雷达，比如Waymo使用的机械旋转雷达，它可以产生很多颗粒点云，因为它提供的角度分辨率低于0.1度或0.5度。但这样的激光雷达“体积庞大，造价数千美元”。

Magney表示，“有传言说特斯拉正在考虑在model 3平台上使用成像雷达，这将是一个很好的举措，因为它为不使用激光雷达提供了更好的方法。”据报道，System Plus Consulting的拆解结果显示，特斯拉使用的是大陆公司的2D雷达。

然而，据Magney表示，为了获得更大的范围，特斯拉已经从大陆转向博世。

这两种雷达都是2D雷达，具有传统雷达的局限性。Magney：“在我看来，特斯拉转向成像雷达将是精明之举。因为成像雷达产生点云。尽管它的分辨率比激光雷达低，但是它比传统雷达有很大的改进。”

尽管如此，Magney强调，“我们还没有打算把激光雷达扔到公共汽车下面。”

在他看来，激光雷达现在比雷达更具优势，尽管随着新雷达的出现，这种差距可能正在缩小。“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。这对城市的自动驾驶出租车和穿梭巴士至关重要，因此激光雷达是完成这项任务的首选。

Magney总结道，“即使4D雷达出现，激光雷达也不会消失。新型雷达并没有取代激光雷达，相反，它克服了传统雷达的一些局限性。”

据悉，NXP的新雷达芯片组已经取样，将在2021年量产。角落雷达、前端雷达和4D成像雷达将在2021年发布，但这三种雷达将在下半年上市。