AutoR智驾 | 2019-05-31 11:18 作者:新一 0

中国雷达七十年:从修配、仿制到自行研制

雷达
在中国的企业以及初创公司中进入到国际跑道中间为时较短,不过值得注意的是,像行易道等一批高精尖雷达技术的新创企业,不断的在技术上切入应用落地,不断的突破国际水准,为中国自动驾驶行业产业化落地贡献了可观的力量。

雷达行业是至今技术和人才三者较为密集型的企业,较高的准入门槛成为制约中国雷达行业发展的壁垒。


在中国雷达已经历了70多年发展,从修配到仿制,再到自行研制,但只有少量达到国外先进水平,其中一个问题是评价雷达的先进与否一定不能脱离雷达的应用环境。


在中国的企业以及初创公司中进入到国际跑道中间为时较短,不过值得注意的是,像行易道等一批高精尖雷达技术的新创企业,不断的在技术上切入应用落地,不断的突破国际水准,为中国自动驾驶行业产业化落地贡献了可观的力量。


同时,中国雷达行业协会的副理事长包养浩提到,“中国雷达行业协会深刻的认识到汽车智能驾驶系统是集自动控制一体化的综合体系结构,特别强调是一体化,光是每个部件,雷达或者驾驶系统等等,搞得再好,如果没有一体化是不行的。”


汽车雷达未来发展离不开政策、法规


国家无线电监测中心的张明远:我们谈到无线电管理,我们不得不说无线电频谱资源,是什么样一种资源呢?


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按照国家的新的物权法的规定,无线电频谱跟我们的矿产,跟空气、水资源一样,也是一种资源,按照法律的要求,我们这种资源是归国家所有,这种资源跟我们传统的矿产资源也好,跟其他的传统资源相比来说,它是一种看不见,也摸不着的一种资源,对这种资源的管理上有它特殊的管理形式。


为了进一步的规范和服务无线电行业,我国在2016年重新颁布和修订了无线电管理的规定。


无线电频谱资源是特殊资源,管理上也有特殊的方式方法,按照目前的管理要求,目前主要分三大方面,第一方面是频率的管理,第二方面是台站的管理,第三方面是无线电发射设备的管理。


什么叫频率管理?


意思就是作为一个用频主体,想要开展业务必须获得频率许可证。


举一个例子,运营商要布网络,使用频率,就需要国家发给你的频率许可证。


但是这里面有几个是例外的,业余无线电台、航空、飞机上的东西,还有一个是国家规定的,叫短距离、微功率的设备,不需要频率的许可证。


第二个方面叫台站管理,我们更喜欢管它叫射台管理,当你设一个无线电发射电台的时候,需要跟当地的无线电管理机构报备,运行上在小区挂一个基站,要是北京就需要向北京的无线电管理机构报备。


有几个特例,第一个是地面公众移动通信终端,大概的意思就是手机设备,另外一个是接受的无线电台,第三个是定义为短距离、微功率的电台。


如何管理?


不管是在欧洲还是美国,他们都有创新的管理方式,这些东西咱们国家无线管理机构正在探索。


第三个层次最小,是无线电发射设备的管理,在中国境内,不管是进口的,还是中国境内的,生产销售的无线电发射设备都要经过国家的准入,就是我们说的无线电发射设备的销和准,每个设备会发一个证书,目前从测试到发证全部都是国家买单,免费的,需要大家把设备送到指定的机构送检。


这里也有一个例外,还是短距离、微功率的设备,含的种类非常多,类似于无线电鼠标,可以认定为短距离、微功率,虽然不用做市场准入,但是这种设备生产和进口,也要符合国家相应的规定,后面会有市场抽检,各地的质监机构会有市场行为,还是需要满足国家的一些要求,但是你可以豁免,可以不用办这个证。


什么是国家无线电管理的机构。


管理机构从国家层面分两级,现在是国家和地方,在国家层面主要的管理机构是在工信部下设两个正局级单位,第一个是无线电管理局,第二个是国家无线电监测中心。


各地方层面,由各省市区的政府下设省级无线电管理机构,以及省级无线电管理机构有它自己的派出机构,在这些机构下面还会在各地方建立无线电监测站。


目前来说,我们车上用的无线电发射设备,不光有车辆的测距雷达、前项雷达、车载防碰撞雷达,还有很多很多东西,车载的蓝牙、电话,车载的数据终端,用来提供地图服务的终端,还有电子车钥匙,还有车导航、充电,充电有几种,有给电动汽车充电的,还有车载设备充电的,还有车载防盗系统,还有安全相关的系统等等。


目前可以分为四类,分为主动式、被动式、只接受和能量转换,主动式像车钥匙、防盗系统、车载的蓝牙、无线局域网等,最新的2018年刚刚发布的车联网频率,工作的频率是在5905-5925赫兹的频率上,这个频率也是为了做V2V智能网联汽车的主要频率。


被动式的主要是靠反射来工作,也就是我们所说的雷达,76G、24G、GPS,还有能量转化,各家车企配的比较多,不管是给手机充电还是电动汽车充电的,都差不多,只是功率大小的问题。


回到今天的主题,我们车载雷达,早在2005年国家相关机构已经发布了相关文件,对于工作的24G和76G的雷达进行了规范,发现24G的雷达带宽很窄,没有办法满足车载精准定位的需求,后来大家发现76G的雷达还是不够,我们还要再重新扩频率,2016年的时候,国家又启动了79G雷达,79-81G,大概是这么一个情况,目前雷达整个的频段情况。


每个雷达的基本情况,给大家稍微介绍一下,早在2005年的时候,国家就已经对24G的频率规定可以作为车载雷达的应用,当时的归类是短距离、微功率设备,目前来说这类设备是不需要经过频率许可,不需要经过设台的认证,但是你生产的设备一定要满足相关的要求,一个是频段,一个是功率的要求,这个频段的设备属于工科一频段,不受保护,国家的无线电管理机构不管你干扰的问题,这个是24G雷达的情况。


24G宽带雷达,2012年工信部发了548号文,从24.25-26.65的频率,功率最高可以做到负的41dBm,兆宽要大于500兆,按照微功率的设备管理,跟之前的窄带雷达是一样的管理模式。


同样在一个文件里面,2005年的423号文件里面,不光规定了24G的窄带雷达,还规定了76G雷达的情况,这个雷达目前的情况跟24G有不同,按照现有的文件可以在76-77G赫兹,有一个G的带宽,最大的功率可以达到55dBm。


汽车产业和雷达产业不断发展,对雷达的带宽越来越高,因为这个事情,在全世界范围内展开了讨论,在WRC-15期间,有一个1.18议题,当时把77.5-78G频段分配给无线电定位业务,77-81这个频段被全球统一划分为无线电定位业务,可用于系统雷达,从76-81G整段雷达被定位为主要业务。


根据刚才看的WRC的1.18议题进行了修改,左边是2014版的频率规划,右边两个2018版的频率规划,中间那一行,从77.5-78G这一段添加了无线电定位业务,增加了这几个字,对于雷达行业来说非常重要,增加了这一块,我们在未来无线电定位业务在76-81连续划分成为一种可能,但是这个无线电定位还有一个脚注,5.59B的标注,无线电定位业务对77.5-78G频段的使用须仅局限于陆基短距离雷达应用,其中包括汽车雷达。


现在随着国家无线电技术的不断发展,对于2005年颁发的文件,已经过去十几年了,可能不是太适用于现有行业的情况,工信部在2017年的时候,对什么是短距离微功率设备做的重新定义,征求了意见稿,24G的雷达被划分为短距离、微功率设备。


同样对于24G的宽带雷达来说,未来的5G会占用这段频率,不管是在美国还是欧洲,这段频率将逐渐的会清频,不能应用于汽车雷达业务,主要应用于5G业务,目前咱们国家规定了24.75-27.75未来做5G中频段的频率实验。24G超宽带雷达向79G雷达进行迁移。


为了做这个迁移,前期做了很多的工作,时间有限,不跟大家展开介绍了,我们在79G雷达这块,在2017年的时候,历时一年做了很多的研究,包括性能和指标等等,也形成了比较完善的测试报告。


频率划分规定里面,并不是只有一种无线电定位主要业务,主要业务之间如何共存是一个很大的问题,这个频率不是我专给汽车雷达用的,为了解决这个问题,我们在2016、2017年已经开展了一些研究,无线电定位业务和业务无线电业务的干扰研究。

    

今年开始做的就是说我们现有的雷达和陆基的流量雷达之间,还有车载雷达干扰性的研究也在开展,除此之外,我们从去年开始关注到一个问题,未来自动驾驶,不管是L3还是L4级的自动驾驶,雷达是5-7颗的雷达布置方式,现有的要么布置在车标后面,要么布置在雾灯方面,要么车底下挖一个洞,未来5-7个雷达如何布置,汽车行业一定不希望满车开洞,车的材料对雷达的影响一定是非常重要的,对雷达性能来说,从去年开始到今年也开始了这样的课题,汽车车身的材料对雷达性能的影响,这样的一个研究工作。


中国初创公司开启雷达发展新篇章


行易道科技有限公司的创始人兼CEO赵捷在演讲中提到了汽车雷达产业的今天和明天,她的报告分三个部分,第一个部分是汽车雷达技术和产业背景。


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在过去的40年里汽车雷达这个频段的使用,从24G到77G,包括现在谈论比较多的79G,这个过程反映了汽车雷达产业背后的驱动,驱动就是自动驾驶,也就是说自动驾驶技术对传感器的要求越来越高,需要我们的眼睛看到的目标,或者说对于目标的判断越来越准确,越来越精确。


在这个大的背景下,汽车毫米波雷达得以迅速发展。


从2017年到2018年,中国交通部反复提出来对AB的要求,安装在火车和卡车大型车辆上,为什么从这个角度开始提出呢?


背后的逻辑是在中国有大型的恶性事件通常发生在大型的卡车和汽车上,为了保障行人,为了保障交通的安全,有必要对于汽车的感知,也就是汽车的自动刹车系统提出来一个要求。


这个要求我们根据“883标准”和今年提出来的“1242标准”,要求是对车辆前方160米以内的高速行使的目标有一个精确的判断,这个精确的判断如果用术语来表示,精确的速度感知和距离感知,以及角度的感知。


今年春天美日欧40个国家加强了对于AB标准的前装设置,全球范围内对于非常多的国家对于前装系统提出了标配的需求,对于汽车毫米波雷达这个产业非常利好,AB这个系统需要对车周边的目标有一个精确的感知。


接下来这个AB系统,不管是从主机厂的角度,还是做系统的角度,都能够感觉到雷达和上头的融合,这是一个非常大的趋势。


毫米波雷达目前集中在76-77这个频率范围内,它对于目标的感知通常是一个点目标,比方说对前方不同的车辆,车辆的形状,以及汽车、自行车、电动汽车、人的区分,目前不如摄像头,所以需要做一个融合。


2017年的时候,看到关于全球范围内频谱的法规,在76-77的频段,2017年全球基本上得到了批准,79G已经在欧洲得到了批准,接下来我们期待中国能够对79G这个频段,能够得到法规的确认,这样子对于毫米波雷达公司来说是一个很好的消息。


因为我们可以就宽带的毫米波雷达技术做更进一步的开发,因为宽带技术带来的可能性非常大,频率给我们的资源越丰富,可能开发更多的体制,更多的技术。


从技术推进的角度,我们为什么要使用79G技术,因为法规和标准等等背后都有一个技术驱动力,都有背后的逻辑。


随着频率的增加,随着带宽的增加,分辨率会逐渐提高。


当提高它的中心频率,提高它的带宽之后,高分辨率雷达就成为可能,刚才张博士讲的成像雷达,这是高分辨率的体现,行易道从2016年开始做的虚拟孔径雷达,也是高分辨率雷达的一种。

   

综合刚才的分析,从现在开始,大家对于自动驾驶,对于主动安全越来越重视的情况下,在全球汽车电子行业蓬勃发展的大背景下,高精度、360环视就会成为大的技术趋势,我们相信雷达的技术,雷达的使用量越来越大,之前一个汽车上装一个摄像头,一个雷达,未来会装多个,来实现对于汽车的低速、中速、高速高精度的感知。


就市场规模来看,当自动驾驶以及主动安全技术越来越蓬勃发展的时候,全球市场规模预测2021年会达到400亿人民币,中国汽车市场里面我们认为会到将近200亿人民币这么一个量级,目前在中国的汽车雷达行业里面,占据大多数是国外的毫米波雷达公司,大陆、海拉、博世等。


2014年开始随着行易道和一批汽车毫米波雷达公司的设立,开始开发,中国产的毫米波雷达逐渐开始进入市场,我们能看到从今年开始,有一批雷达逐渐开始商业化,一个电子产品只有越用,它的应用开始之后,它对于需求也越来越清晰,才有更进一步产品优化的可能,这是发展的一个基础,也是未来得以能够变大做强的根本原因。


刚才我介绍了关于汽车雷达产业的背景,第二部分介绍一下汽车雷达的技术、产品和应用。


我们知道汽车雷达技术脱胎于航空航天雷达,脱胎于军工雷达,和航天航空雷达、技术、产品形态有什么共同点,什么不同点,想跟大家介绍一下。


做一个对比,对于汽车雷达和航空航天雷达来说,通用的一部分,包括软件、硬件、接口、算法的考虑,这是大家都要做的事情。


汽车毫米波雷达和其他毫米波雷达相比,它的一些独特的地方。


举个例子,什么样的DV实验、PV实验,我们要和主机厂客户做什么样的对接,他们需要我们什么样的接口,以及我们在做标准的时候,我们要做什么样子的开发过程,开发流程,以及我们满足什么样的标准。


比如现在做的26262、16949,毫米波雷达除了要求性能高之外,还有一个很大的要求和挑战,就是因为它具备工业产品的特征,所以对于它的低成本和高质量有一个很苛刻的要求。


体现在什么地方呢?


过去我们做航空航天雷达的时候,我们一年销售20套,一套几百万,上千万,产量非常大,感觉很有成就感,装配线不用那么复杂,找一些技术工人就可以了。


现在的情况下不会这么做,基本都是全自动产线,分系统的加工,分系统的产生都是从供应商手里拿出来的,没有人对单独的每一个芯片做特殊的检验和检测,这个时候进入生产线,无差别的变成产品,无差别的交给我们的客户。


谁来把握它是好的还是坏的,好到什么程度,差到什么程度,交给客户1千个,1万个产品能达到多少要求,这个是汽车雷达独有的问题,这个问题我认为大家不能小看。


微流程方面,左边一道,右边一道,是一个V字,左边是跟设计相关,右边是跟验证相关,设计相关的关键技术在哪里呢?


经常有朋友问我,不管是哪个汽车行业的客户也好,或者是投资圈的朋友问,到底汽车毫米波雷达的关键在哪里,一部分是跟设计相关的关键技术,包括系统设计、天线设计、软件算法、材料、结构,这些关键技术涵盖面非常广,要求一个雷达团队也好,或者一个公司也好,具备多种知识和经验,这个知识和经验,它是要相辅相成的。


比方说系统设计,系统设计看不见,拿到一个雷达,它就是一大堆芯片,它能输出一大堆数据,这个里面谁是“灵魂”,谁是这个里面的主线呢?


我们认为是系统设计,雷达的特点是在于把普通的信号变成一个77G的高频信号发出去,发出去之后,在空气的介质下,和目标物有一个散射关系,散射本身是一个物理过程,有各式各样的介质,发生物理作用以后,带着目标的信息,带着目标的物理属性回到雷达。


我要对这些信息,对这些电磁波进行解析,变成低频信号,变成数字信号。有了目标的强度信息之后,我们还要解决相位信息,能够体现出更多的属性,同时我们还要有一些模式,比如人在走路的时候,和自行车就不一样,人在走路的时候胳膊在动,这个时候会出现振荡,会出现更多的内容。


我们看到的是明暗信息,毫米波雷达回来的,我认为更多的像一个全息场,有相位和其他模式,如果能够对波本身蕴含的信息量进行全面的解析,我相信我们看到的世界会更真实、更丰富,这是比较核心的事情。为什么讲系统设计是最关键的东西。


设计过程的关键技术,右边是过程开发,包括测试能力、验证能力和工艺能力,测试能力是自己做出来的雷达,我要知道对还是不对,好还是不好,验证能力就是还知道出现问题以后,我还能调回到对的地方,今天跑10万公里,将来跑几千万公里,有一个逐渐的预测。


还有一个工艺能力,我能设计出来,我还能知道让谁怎么样做出来,术业有专攻,有些未必是我们那么强,那么专业,但是我们会找到信任的专家,让他帮助我解决,我非常明确的需求,帮助他来替我更专业的解决我们要做的问题,开发过程中反复应征的一件。


我们认为开发一款产品大约要用三年的时间,后面的迭代一般是两年的时间,这个是行易道过去几年做的一些事情,这是我们的中程雷达也做了不少测试,测试里程超过20万公里,行使历程超过1000万公里,我认为我们的工作基本上有一个令人放心的结果。


近程雷达也是今年要量产的东西。


行易道在2018年4月份的时候做的一个实时成像的结果,毫米波雷达对周边的目标有一个非常清晰的成像,分辨率能够达到5厘米×5厘米,今年我们开始做3D成像,接下来我期待在年底或者明年的时候给大家输出更好的信息,这个技术和产品,我认为能够帮助自动驾驶,从现在开始,到L3、L4都有非常好的支持。


接下来第三部分是对未来的预测和对未来的判断,汽车雷达的核心资源就是两个,一个是时间,一个是频率,在频率资源能够充足的情况下,我们认为汽车雷达的体制还可以发生变化,中程雷达、近程雷达,未来我们觉得有可能是OFDM,为什么这么说呢?


去年西班牙的欧洲论坛上,有一个得奖的三篇论文,主题都和未来的汽车雷达的OFDM体制有关系,我们认为这是未来的方向,这个体制的好处是什么?


能够充分的应用频率资源,现在的雷达是同一个时间收发一个频率,未来的雷达可以同一个时间收发多个频率。


SAR技术我认为是未来非常明确的方向,我们计划在明年推出含有SAR技术的产品。


关于抗干扰这块我想多讲一下,雷达将来会越用越多,雷达相互之间,以及不同车辆之间,他们的识别问题,到底是你还是我,我的雷达到底是哪一个,有一个分辨和抗干扰的能力,这个需要在体制上得以解决。


我们看到过去的雷达是调频连续波方式,未来可能是PMCW和PMCW,下午会做出更精确和专业的解释。


这个雷达对于汽车毫米波雷达产业是颠覆性的,不管是芯片设计,体制的设计等都会发生大的变化。

    

汽车毫米波雷达这个技术里面的核心竞争力在于,对于系统的设计能力和过程开发能力,不仅对于雷达的理论有一个深刻的理解,同时对于工业化、产业化有切身的体会和经验。第二个是77和79G频段将成为主流,第三个高分辨率、360检测、抗干扰将是汽车雷达技术面临的重大的主题。


汽车零部件供应商的巨头:多款雷达同时面向市场策略


安波福科技研发有限公司主动安全总工程师张磊:我演讲的题目是安波福自动驾驶传感器及解决方案,一个是自动驾驶传感器,另外一个是基于传感器、算法、软件,怎么提供完整的解决方案,给到最终的用户。


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安波福进入雷达这个行业非常早,1999年是就有前雷达产品投入市场,刚刚张总也提到,对我们安波福来讲是利好的消息,我们从来不做24G雷达,我们第一个雷达就是76G,现在也在开展79-81G的研发。


简单介绍一下我们雷达分为标准雷达、高精雷达和自动驾驶雷达,分L2、L3、L4的雷达,每一种雷达有不同产品的分带,更远的检测距离,更高的检测精度。


同时我们也不单独追求产品更远的探测距离和更高的参数,在产品达到一定的技术要求下,下一代产品更多关注降低产品,举个例子2019年量产的雷达能够达到0.5的检测精度,下一代不会有更高的检测精度和更远的距离。


现在假设一下,我可能需要100块钱,下一代有同样的性能可能只需要70块钱,L3和L4都是为了提高产品的性能,满足客户更多目标分类的要求,下一代会引入降成本,以及增加软件方面的工作,L3的雷达上面,2021、2022年我们会提供4D雷达,已经增加的LV型的检测功能,对目标识别的性能是有怀疑的。


我们的解决方案就是在未来的雷达产品里面逐渐导入机器学习,对目标和行人分类,采集大量的数据进行训练,对于目标识别和分类做得更好,目前用的比较多的方法我们也在逐渐研究,应用到我们的产品里面去。


另外一个是长距离雷达HD,距离非常远,目前主要针对内部的使用,L4的车辆在用,主要为内部车辆做定制的雷达,目前可能没有很明显的市场前景,我们认为这个雷达要到2023年之后才能慢慢引入到客户那边去。


这个雷达比较有意思的点,我们称之为成像雷达,不完全比今天的摄像头,但是可以看清楚一个人到底是不是一个人。


现在大家普遍认为L3及以上一定是需要激光雷达的,今天的激光雷达非常贵,可靠性非常差,客户把激光雷达量产的时间点设定在2021年,有些人设定在2022年,从目前产业界进展的形成看,想达到汽车级量产的激光雷达到2021、2022年出来,可能困难比较大。


微波雷达,它有更远的检测距离,可靠性更强,应对恶劣环境的场景,相对激光雷达更优秀一点,如果激光雷达不能按期推出,我们希望成像雷达可以作为有效的替代。


侧雷达的产品更丰富,我们投入了很多的精力,包括同一时间点,差不多有5-6款的侧雷达同时面向市场,针对不同的应用,单独实现换道辅助等等一些功能,同时也可以作为传感器,输出原始的信息给到另外的合作伙伴,去做L3及其以上功能的集成。


2022、2023年会推出AD的雷达,类似于成像雷达的概念。



智驾注:本文转载来源为AutoR智驾,由AutoR智驾转载。
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