2021年07月28日 | 新品与抗干扰解决方案齐亮相 恩智浦雷达解决方案沟通会

“自动驾驶等级随着时间的推移在不断地提高。恩智浦预测，2023年时，L1占新车的40%，L2大约为15%，到L2+大约为5%，大约有60%左右的新车会装配雷达。雷达的复合增长率非常快。”近日，恩智浦半导体大中华区汽车电子首席系统架构师黄明达博士，与恩智浦半导体大中华区雷达产品市场经理杨昌先生，在恩智浦雷达解决方案媒体沟通会上，接受了EEWorld记者的采访。

ADAS演进催生4D成像雷达

黄明达博士介绍道：“在ADAS从L1到L5演进的趋势中，L1通常是实现自适应巡航控制（Adaptive Cruise Control）或者自动紧急制动系统（Automatic Emergency Breaking）的功能。在L2+、L3级别，摄像头和雷达的数量会进一步增多。L4、L5级别时，传感器的数量会再增多，同时这两个级别对传感器性能的极大提升有较高的要求，比如，在L1、L2级时，前向雷达通常具备辨别车或行人的能力；达到L3+时则需要4D成像雷达，4D成像雷达的主要特点是其角度的分辨率非常高，前向的4D成像雷达角度分辨率可达到水平方向1°角，俯仰方向达到2°角。”

“当具备这种能力的雷达出现时，车、人的反射点不再是一个简单的点，而是成百上千个点甚至更多，放在一个图像上时可以看到整个车的轮廓，所以，有人形象地称它为成像雷达。4D指的是它的距离、速度以及它的水平方向角度和俯仰向角度。”

雷达未来趋势：高分辨率与高集成度

雷达的高增长率得益于以下原因：第一是政策法规。第二是雷达的应用场景广泛。随着自动驾驶等级的提高，每个车内装配的雷达传感器数量同时慢慢提高，以及单个成像雷达如果希望达到非常高的角分辨率需要多个雷达在射频前端级联从而获得更大的雷达天线阵，实现成像的能力，这是雷达芯片高增长的第三点原因。

因此，单个前向4D成像雷达模组会有更多颗传感器芯片并对后端更高性能处理器有更大需求。前角雷达其实也是有类似的需求，但它可能不像前向雷达这么高的要求，可能需要两颗射频前端去做级联，配上一颗高性能的处理器。

杨昌先生继续补充道：“市面上常见的77GHz雷达，RF部分主要有3颗芯片，分别负责VCO、信号发射、信号接收。信号处理部分主要有一颗MCU芯片，负责中频信号的信号处理。而新一代的77GHz雷达，RF部分实现VCO、信号发射、信号接收，采样集成在单芯片MMIC里，并为MCU输出采样好的中频信号以做信号处理。”

毫米波雷达之后的发展方向主要有两个，即高分辨率、高集成度。高分辨率雷达近些年有了新的名字，即4D雷达。4D雷达对于天线的收发数量和设计有了新的要求，从芯片的角度来讲，需要开发者使用更灵活的MMIC芯片和更强大的数字信号处理芯片，MMIC芯片的灵活体现在它可以支持扩展、支持多片间的级联，助力开发者实现更多路发射和接收天线的设计。多片MMIC芯片通过LO级联，可实现MMIC芯片间的同步，并为后端MCU提供多路高信噪比，高采样率的中频信号。信号处理器需要处理更大的数据量，因此MCU要有更多的MIPI CSI-2接口、更强的算力，要有专门的计算加速单元去处理四倍乃至八倍的数据，所以对MCU也有更高的要求。

高集成度是把VCO、信号发射、接收、采样、MCU等电路集成在一个封装内，它的应用场景包括车身的中短距离雷达和泊车雷达。关于毫米波雷达的成本问题一直被热议，显然，4D雷达因其多颗芯片的架构，它的成本很难降低，所以市场中也有声音提出希望雷达在稳定性能、提高集成度、方便开发的同时，成本不要过高，所以高集成度也是毫米波雷达发展的方向。

恩智浦全新产品亮相

对于当日沟通会的主角——恩智浦16纳米雷达信号处理器S32R294，这款处理器可以针对4D点云雷达做信号处理。新品尺寸是7.5mm×7.5mm，和恩智浦上一代芯片S32R274的尺寸一致，但相较于上一代芯片，性能提高了一倍。

S32R294有两个Power Architecture e200z7 32-bit内核，用于雷达信号的后处理和任务调度，如超分辨算法、信号聚类、目标追踪等。S32R294还有一对锁步的z4内核，用于运行跟功能安全相关的软件，如AUTOSAR OS, 输出决策指令等。

S32R294内置雷达信号加速单元，简称SPT2.8，它对雷达中频信号的FFT、求模、峰值检测、直方图统计等最耗资源的运算进行硬件加速，是专门服务于FMCW雷达的信号处理加速单元。

S32R294是16纳米Power架构的处理器，和上一代处理器有非常好的软件兼容性，软件复用率高达80%。得益于16纳米制程，和上一代55纳米制程的处理器相比，S32R294的功耗只有不到一半，在0.9w左右，助力客户开发高性能低功耗的毫米波雷达产品。S32R294处理器获得ASIL D ISO26262认证。S32R294有一个专门的硬件加密引擎CSE（Cyptographic Services Engine），可以支持security boot等高阶加密算法。

S32R294具有多种配置，可以支持从入门到高端的全系应用开发，如支持一发三收，三发四收，六发八收等中频信号的处理。中频信号处理主要是从中频信号中获得距离，速度，和角度信息，其中，基础的距离，速度，角度信息由SPT2.8计算求得，后处理交由Z7和Z4核负责超分辨算法、信号聚类、目标追踪、决策等计算，获得的目标级数据和决策指令通过CAN FD接口输出到车身控制单元或者ADAS域控制器。

六发八收的毫米波雷达最多支持2片芯片级联，它有两路MMIC，是恩智浦TF82系列的微波集成电路，两片芯片通过LO相连，实现芯片间的同步。MMIC芯片的波形是由MCU通过SPI Configuration通道控制它的波形发射。接收链路接收到的中频信号也是通过MIPI-CSI接口传输回到MCU去做后续的处理。

恩智浦的雷达芯片非常灵活，可以处理从低端到高端的所有应用。当雷达接收的通道数更多，它的视场角就可以更宽，可以实现横向防撞预警、代客泊车、4D点云成像等高级辅助驾驶功能。

《汽车应用中的雷达间干扰简介》白皮书发布

在新品介绍之后，黄明达博士又分享了恩智浦近期发布的名为《汽车应用中的雷达间干扰简介》的白皮书，内容覆盖了雷达干扰本身是什么、产生的原因、为什么该问题需要解决，以及我们的解决方案。

新车中的雷达在2023年大概是60%的装配率，而且装配率会越来越高。当整个雷达的装配率占所有车的比例在50%时，雷达会受到干扰的概率大概是90%甚至以上，这是今后所有的雷达都需要去解决的一个问题。具体产生的影响有两种：第一，整个底噪会极大提升。第二，干扰信号与真正的发射接收信号是完全相关的状态，会产生虚假信号。

恩智浦在雷达领域有十多年的研发历史，所以在这方面有很多的积累，能够以多种方法帮助各个OEM和Tier 1探测雷达干扰的情况并减小干扰。

恩智浦有三种抗干扰的方法，第一种是避免前端的饱和。雷达主要分为射频前端和处理器两部分。对于避免前端的饱和，这是因为雷达设计的时候是去接收有效的反射信号的。这张图中蓝色的线是有效的反射信号，红色的线是干扰信号，有效的反射信号是打到被测物体上再返回来，其衰减与距离的四次方成正比；干扰信号则是从对方的雷达直接发射过来，其衰减与距离的平方成正比。随着距离越长，干扰信号与有效信号到接收端的时候差值会大很多。通常如果是有干扰，那么在接收机这端会看到非常大的信号，也就很容易把它饱和，这个饱和类似于相机被强光照射时所发生的情况，所以首先需要在接收端做一些调整增益等等，防止它的饱和。

第二，在数字域的MCU中也可以去做一些干扰的检测和消除等。当射频前端的信号发射接收之后传给MCU的时候是一个中频信号，比如1MHz的信号，理想情况下它是一个很好的正弦波，如果有干扰的话，正弦波会在某一个时段有一个非常大的干扰信号，频率提高且幅值也会变得很高，这样的话可以用高通滤波器以及一些阈值的检测，甚至可以用短时傅里叶变换去做干扰信号的检测。当检测到这个时间段内有干扰的时候，可以把这个时间段的信号都认为是干扰信号，从而把它去除，比如可以用差值的办法再把它还原成有效的正弦波等类似方法。此外，恩智浦还有很多更高级的算法可以放在MCU里面去做。

当检测到干扰，然后再有效地减少干扰之后，同时还可以做下一步。知道在这个频段上是有干扰的，那么可以换到其他没有干扰的频段上去，这是一整套干扰处理的应对办法。

第三种也是在MCU里面去做，更主动一些，可以动态地调整本身的波形。雷达发射是有一定的波形设计的，我们可以把它的发射频率、发射的时间点去做动态调整，将发射信号与伪噪声（PN）序列相乘，或者是动态地调整雷达波形在哪个时间点去发射，也可以先听该频段有没有干扰再发射，类似这些方法都可以在MCU里面去做。

以上这三种方法在今后几年应对基本的干扰已经够用了，再往后随着雷达的装配率进一步提高，可能就需要更先进的抗干扰的办法，这需要所有的OEM、Tier 1厂商共同去制定一个标准化的规则，如何能够更有效地运用这些信道，可能会借鉴一些通讯的原理，这个是恩智浦预见雷达未来的发展趋势，如何去更好地解决干扰。甚至可能会更进一步，不将各个雷达传感器视为独立单元，而是将雷达传感器视为同一传感系统中的多个单元，在这个系统中，雷达传感器协同工作，实现同一个目标。

恩智浦展望未来，自己车上的雷达、周围车辆的雷达、基础设施如路基上的雷达等等，它们之间应该有通讯链路，可以协调用什么样的波形、什么样的频段来抗干扰，以便协调对共享通道的接入，在彼此之间共享信息并作为一个更大的生态系统。比如车需要一个完整的、周围环境的雷达全景图，可以从本车雷达，其他车的雷达和路端的雷达共同拼接成一个完整的图像。