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采埃孚4D成像雷达拆解

1 基本信息

         品牌:海外Tier1采埃孚

        • 应用:上汽飞凡中高端纯电平台

        • 数量:单车2个,安装在前后保内部

        • 最远探测距离:350

        拆解来看,4D雷达主要可以分为4个部分,分别为数字接口板及结构件、发射单元及PCB、屏蔽罩、雷达天线罩。

发射单元及PCB(正面)

        正面可以分为5个部分,如下图标识,每个部分描述如下。

        1.微带天线阵列:这一面上一共有天线28根,分为发射天线和接收天线两类,其中 12个发射天线 (TX) 16 个接收天线 (RX),通过MIMO 技术增加虚拟孔径,形成 192个虚拟通道。
        
        2.单片微波集成电路MMIC:本雷达一共有 4个MMIC,采用多片级联的方式连接。外部银色的为屏蔽罩,内部为 MMIC。MMIC是雷达关键零部件,负责毫米波信号的调制、发射、接收以及回波信号的解调。
        3.分功电阻:4 MMIC存在主从关系,功率需要均匀的分配到三个 slave MMIC,分功电阻将本振功分信号功率进行均匀分配。
        4.本振功分线:覆铜打孔处,用于4 个MMIC的同步。
        5.高频PCB板材:用于蚀刻毫米波雷达天线。性能要求高于普通 PCB

        可以看到4D雷达一共28 根收发天线,一共 4 MMIC ,单个 MMIC具有 3 发射天线及 4接收天线。左图中,我们用绿色线框分割帮助梳理天线所属的 MMIC 蓝色 标注为发射天线, 红色 标注为接收天线。

移除屏蔽罩后,我们可以清晰的看见内部黑色的MMIC ,以及 3 4 收的电路特征。 MMIC具体型号为 AWR2243P ,由德州仪器提供。 AWR2243是TI 第二代毫米波传感器,使用了TI第二代毫米波射频前端,射频性能比第一代产品有了大幅提升,本雷达使用的 AWR2243P 是支持多片级联的型号

3 4D雷达如何做到4D

        传统毫米波雷达也叫3D 毫米波雷达,具有 3个维度的信息,分别是 距离 速度 方位角,不含有高度信息
        • 距离探测:通过计算经过调制的连续调频 FMCW信号与回波之间的频率差来计算距离,雷达发射 FMCW电磁波,速度为光速。
        • 速度探测:通过多普勒效应探测目标与自车的相对运动速度,如需要目标绝对运动速度,则需要整车提供自车运动速度信息输入进行补偿得到。
        • 方位角探测:通过相位法测角原理,利用不同接收天线阵元间接收回波的相位差计算方位角。
        4D 毫米波雷达在此基础上增加高度信息,形成 4维信息输入。避免了以往对于路牌、地面井盖、跨线桥等目标的误识别。

        下图可见,4D毫米波雷达识别出了跨线桥,并且在点云上实现了具有高度信息的标注。

        从雷达天线排列位置的角度,我们也能辨别4D毫米波雷达与传统毫米波雷达的区别。左下为本次拆解的采埃孚 4D毫米波雷达,右下为来自日本电装的传统 3D 毫米波雷达。

        如上文所述,方位角的探测是通过接收天线所接受信号的相位差来进行计算的。水平直线排列的接收天线能够探测水平方向的相位方位角信息(左上图红框),绿色框内的发射天线与红色框的接收阵列通过MIMO技术,在垂直方向上形成虚拟孔径阵列,来实现高度方向上的测量,则可以得到目标的高度信息(左上图绿框)。作为对比,传统毫米波雷达发射天线和接收天线只在水平向上进行天线排列,在高度向上没有布局发射或接收天线,因此无法探测高度信息。

4 发射单元及PCB(反面)

反面也可以分为5个部分 ,如下图数字标识,每个部分分别为:

        1.连接器:通过与数字接口板连接,将雷达感知信号输出到接口板,负责数据通讯和供电。

        2.电源管理电路PMIC:PMIC是一种广泛应用于各种电子设备内的元器件。主要功能有电压降压或升压,确保为发射单元等用电设备提供稳压电流。

        3.处理器:采用赛灵思ZYNQ UltraScale+MPSoC FPGA,具体型号为XAZU3EG,优异的处理性能主要用于4D雷达复杂信号处理。传统毫米波雷达则使用低成本的DSP进行信号处理的方案。NXP也在做类似产品,包括S32R45/41系列。

        4.模数转换器ADC:用来控制PMIC模拟信号转换为数字信号,产品来自德州仪器,型号为ADS7953Q。

        5.DDR3存储单元:主要用于缓存雷达采集到的数据和中间处理结果。 该雷达采用两块存储单 元,产品来自美光,型号为MT53E128M32D2DS053 AUT:A。

5 数字接口板及结构件

        数字接口板及结构件主要有4个部分,分别为CAN FD接口、散热翅片、以太网接口和数字接口板。 
   
        1.CAN FD接口:传统毫米波雷达数据量较小,以 20Hz频率估计,数据量约为数十 kbps CAN FD最高支持 5Mbps,足以支持其数据传输需求。
        2.散热翅片:4D毫米波雷达较大的功率使得其拥有较大的发热量,结构件背面的散热翅片帮助散热,降低其工作温度。
        3.以太网接口:4D毫米波雷达点云数量大幅提升,达到数百甚至上千点云量,以太网的高数据传输速率得以支持其传输需求。
        4.数字接口板:此电路板负责与雷达与整车域控信号及电源进行适配及转接。

6 4D毫米波雷达产品现状和进展

        4D毫米波雷达虽然还没有大规模使用,但是目前已有厂商推出各自的产品逐鹿中原,占领市场,包括华域汽车、福瑞泰克、经纬恒润森思泰克、纳瓦电子、赛恩领动行易道、楚航科技等,但都前期产品导入,未来随着技术成熟度进一步提高,有望能逐渐挤占传统3D雷达市场份额。

厂商
部分型号
型号产品信息
华域汽车
LRR30 LRR40
公司 LRR30 采用 2 MMIC 级联,具备 6 路发射和 8 路接收通道,最多可以输出 1024 4D 点云,能够追踪 64 个目标,最远探测距离达 300m
公司 LRR40 采用 4 片级联,具备 12 路发射和 16 路接收通道,最多可以输出 3072 4D 点云,能够追踪 128 个目标,最远探测距离达 350m
公司 4D 毫米波雷达产品已实现对友道智途相关项目的小批量供货。
福瑞泰克
FVR40
公司自主研发的成像毫米波雷达产品 FVR40 已获得国内多个车企定点,相关产品已进入量产交付阶段,预计 2023 第一季度完成上车搭载。 FVR40角分辨率和俯仰角分辨率都小于 1 °,探测距离超过 300 米,速度分辨率小于 0.1m/s 能够区分出多个目标特征。
经纬恒润
/
公司 4D 毫米波雷达在研发过程中,公司正在积极拓展客户。 2021 年公司和 Arbe 4D 毫米波雷达技术方面达成战略合作,如有订单需求公司会向 Arbe采购芯片,目前双方合作顺利。公司通过扩展 MIMO 体制的发射和接收通道数,构建了 48 路发射和 48路接收通道,大大提升雷达信息获取能力,雷达探测距离达到350m ,可实现方位向 1 °和俯仰向 1.5 °的真实孔径分辨率。
森斯泰克
STA77-6 STA77-8
公司 2 片级联 4D 成像雷达 STA77-6 量产车型 —— 理想 L7 量产上市。采用 6 8 收, 48 虚拟通道,作用距离 300 米,方位角分别率 2 °。
公司 4 片级联 4D 成像雷达 STA77-8 已搭载国内一线主机厂主打车型量产上市。采用 12 16 收, 192 虚拟通道,作用距离 350 米,方位角分别率 0.7 °。
威孚高科
/
公司 4D 毫米波雷达产品目前处于市场应用快速发展阶段,已获取干线物流定点项目。
纳瓦电子
NOVA77G-4D-S
NOVA77G-4D-IR
公司共规划了两款成像雷达产品,一款是 6 8 收,既可作为角雷达也可以作为前向雷达,一款是 12 16 收,主要瞄准前向雷达 . 纳瓦电子 6 8收成像雷达最远探测距离可达 320m ,距离分辨率为 0.35m 3dB 水平波束宽度小于 1.6 °,方位角精度± 0.1 °, 3dB 俯仰面波束宽度小于 2.4 °,俯仰角精度± 0.2 °
弗迪科技
公司今年 4D 成像雷达、智能车门雷达、舱内活体检测雷达也会陆续量产。
赛恩领动
SIR-4K
公司发布了旗下首款产品 SIR-4K ,该产品最远探测距离 400 米,角分辨率 0.5 度(水平) x 1 度(垂直),较传统毫米波雷达提升了 10 倍。产品具备 192个虚拟通道,可输出 4096 个点云。
保隆科技
/
公司自 2021 年底开始布局 4D 毫米波雷达研发,目前已进入优化调试阶段,预计今年 8 月份会对外开展客户推广, 2024 年一季度进入初步量产。
几何伙伴
/
公司自主研发的 4D 成像雷达,已经具有目标跟踪定位、可行驶区域检测以及自动泊车等能力。
楚航科技
/
公司宣布获得苇渡科技量产定点项目,将为苇渡科技首款纯正向研发的纯电智能重卡高配车型提供 4D 成像毫米波雷达,将在 024 年量产交付及落地应用。
行易道
ALRR300
公司 ALRR300 基于双片级联硬件 , 采用领先的稀疏信号成像技术 , 突破硬件的限制 , 实现了水平和俯仰角分辨率小于 1 °。

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