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PCBブログ - 車載ミリ波レーダの歴史

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PCBブログ - 車載ミリ波レーダの歴史

車載ミリ波レーダの歴史

2022-10-14
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Author:iPCB

6月22日, 1941, 1977機の飛行機と2585人のパイロットを失ったにもかかわらず、ナチス・ドイツはイギリス海峡の制空権を得ることができなかった, ましてや空爆によってイギリスの地上と海軍部隊を乱すことは言うまでもない. 英国への侵攻を断念せざるを得なかった「アシカ計画」. 1年以上続いた英国の空中戦はナチス・ドイツの敗戦に終わった. The reason why Britain was able to withstand the attack of the German chariot and win the British air war (mainly because the chariot could not cross the sea) was that, 「噴火」や「ハリケーン」などのスター戦闘機が果たす役割の大きさを除けば, 背後には「鎖家」という防空レーダーという偉大な英雄もいた.

世界初の実用的なレーダーは、英国の科学者で蒸気機関を発明したジェームズ・ワットの子孫ロバート・ワトソン卿によって開発された。ナチ航空機に早期警報を出すため、英国空軍は1936年5月、このようなレーダーを中国に大規模に配備することを決定した。これは「本土チェーン」レーダーの原型である。1939年初めまでに20のレーダーステーションが運用された。ナチス・ドイツの「アシカ計画」が実施される前に、英国では2つのレーダー探査ネットワークが構築され、計51のレーダーステーションがあった。これらのレーダーはドイツ空軍の空襲に抵抗するために重要な貢献をし、その時からミリ波レーダーの様々な分野でのその後80年間の広範な応用が始まった。

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車載ミリ波レーダーの研究では、欧米諸国も世界の先頭を走り続けている。ボッシュ、コンチネンタル、ハイラなどが世界市場を独占している。ミリ波レーダーの自動車分野への応用は1980年代初頭にさかのぼる。一部の欧米諸国の大学や研究機関では、車載ミリ波レーダー技術の研究が徐々に始まっている。1980年代半ば、欧州では「PROME the US」が制定され、欧州、日本、その他の自動車諸国でレーダー技術の開発が始まった。1995年、三菱自動車は初めてDiamanteにミリ波レーダーによる「プレビュー距離制御」システムを使用した。しかし、このシステムは、ブレーキ自体を妨げることなく、アクセルとシフトダウンを制御することで車速を下げるだけであるため、適応巡航の初期バージョンとしかみなされない。1999年まで、メルセデス・ベンツは初めてSクラスに本格的な適応巡航システムを適用し、補助運転時代を開いた。その名前はみんなよく知っていると思います。Distronicと言います。初期の車載ミリ波レーダチップは主にGaAs技術を用いた。ミリ波レーダには、24 GHz帯で動作する無線周波数チップを少なくとも7〜8個搭載する必要がある。レーダーは波長が長く、ミリ波レーダーは大きすぎて重く、ノートパソコンくらいの大きさです。そのため、コストも非常に高い。今日のレーザーレーダーと同様に、少量のハイエンド車両にしか応用できません。2000年初頭、SiGe技術の発展はミリ波レーダチップの集積度を大幅に向上させた。ミリ波レーダは2〜5個のMMICと1〜2個のBBICしか必要としない。コストはすでに1000元のレベルに達しているが、透過率は依然として低い。現在、ハイエンドモデルでよく使われている量産77 GHzミリ波レーダに使用されている。2017年、tiはCMOS技術に基づく高度に集積された77 GHzミリ波レーダチップを発売した。そのAWR 1642シリーズは中短距離シーンに適用され、先端MMIC RF、DSPとMCUモジュールを77 GHzミリ波レーダSOCチップに集積し、ミリ波レーダのコストを大幅に低減し、車載ミリ波レーダのハードウェア開発の難度を大幅に低減した。さらにエキサイティングなことに、TIは近距離シーンのためにより統合されたオンチップアンテナ(AoP)チップを構築し、アンテナをチップに統合し、アンテナエンジニアの仕事を打破し、ミリ波レーダーの価格を100元に下げた。TIチップ開発は、他のレーダーチップメーカーに比べてバカな特徴があることはよく知られている。基盤ソフトウェアの開発が完了し、ツールチェーンが使いやすくなり、参入障壁が大幅に低下しました。このチップに基づいて、中国は車載ミリ波の国産化の盛んな道のりを開いた。わずか数年で、AgoとAmare社約3、40社が中国で車載ミリ波レーダー製品の研究開発を展開しているが、これはにぎやかではなく、壮観ではないと言える。

国産車載ミリ波レーダー製品の研究開発の歴史は長くなく、わずか6-7年で、初期段階にある。これまで、上汽集団傘下の部品会社である華宇自動車は本格的な量産を実現し、年間出荷量は20万件を超えている。国内の車載ミリ波レーダー業界の黄埔軍校として、華宇自動車(以下、華宇)は2014年に中国で初めて車載ミリ波センサー製品の研究開発を行った。しかし、その時は今日ではなかった。6年前、77 GHzミリ波レーダーチップはハイエンドの珍しい製品だった。外国人は私たちに禁輸を実行し、遊びに連れて行かない。そのため、華宇は24 GHzミリ波レーダーを起点にするしかない。彼は地元の富豪である上汽集団の息子であり、標準的な「富二代」でもあったが、当時の華宇車載レーダー創始チームの背景と実力は現在のレーダー創始会社より優れていなかった。最初は、ミリ波レーダーとは無関係にPEPS製品の背景を持つ国境を越えたエンジニアだった。お金と何もないことを除いて、彼は無知で、大胆にも人のために先に、彼はミリ波レーダーの研究開発の大きな波に身を投じた。車載ミリ波レーダーという技術的敷居が高く、市場敷居が高く、製品化が難しい製品にとって、専門的な研究開発チームがいないことは確かに大きな問題である。しかし、お金さえあれば、すべては問題ではありません。牛をだますために、面接場所は威海路489号に配置されたという。上汽の高普格加持、豪華なオフィス環境、自動加熱とトイレの洗浄、魅力的な食堂、抵抗できない給料、感動的な感情。チームを募集するために、華宇HRは全力を尽くしてチームを募集して、簡単で乱暴で、極めて残忍で、至る所に「私はお金がある」という4つの字があります。もちろん、一部の本部の責任者は外国の購入に慣れており、お金で何を買うかに慣れており、自分のスタイルを作るために努力したくない。彼らは依然として地元のウミガメチームの独自の研究開発能力に疑問を抱いている。だから最初、研究開発の成功を保証するために、華宇は二重保険戦略を採用した:国外技術導入と自主研究開発を並行する方式。国内チームはこのソリューションを独自に開発し、有名なSMS、smartmicroから購入した。より速く走るために、均質電子とデサイビジョンはレーダー用のSMSホームソリューションも購入したという。もちろん、ローリンさんはビジネスでとても頭がいい。彼はソリューションだけを販売し、コアテクノロジーを提供しません。羅林氏は博識で、様々なレーダー研究に深い造詣があるが、商業化にはまだ乏しい。例えば、最初に華宇のために設計されたレーダー案のコストは競争力がない。もちろん、幸いなことに、華宇現地チームは困難を克服し、困難を克服し、最終的に国内初の24 GHzレーダーの大規模生産を実現した。0対1の突破後、その後の77 GHz角レーダーと前方レーダーもすぐに量産を実現した。華宇のほかにも、森スタークはハイコンの太ももを持っている。レーダーは知能安全と交通面での出荷量も良いが、車載レーダーでは彼らの家に大量の出荷量があるとは聞いていない。他の車載ミリ波レーダ開発会社の多くはPPTと公衆番号の段階にある。彼らは大規模な生産を実現したと主張し、顧客のテストのために小ロットのサンプルを抽出した。なにしろ、車載ミリ波レーダーの敷居はまだ高く、コア技術はまだ業界内で普及していない。ボッシュ(Bosch)、コンチネンタル(Continental)、ハイラ(Haila)を含め、彼らのレーダーは20年近く大規模に生産されており、チームの中では少数の専門家だけがコアの鍵Knohowを握っている。また、ブレーキ、ステアリング、動力システムに関連する前方レーダについては、これらのコアアクチュエータはボッシュ、大陸、その他の大手企業の手に握られている。人々は自分のミリ波レーダーで自分のアクチュエータを制御しやすく、一連のソリューションを提供しています。国内メーカーには独自のアクチュエータがほとんどないため、前方レーダーを作るのは難しい。出力点クラウドを作成するためのプレゼンテーションは各社にとって比較的容易ですが、大規模な生産が必要であり、BOMコストとパフォーマンスはABCDと比較できます。また、突破が必要なシステム、ソフトウェア、ハードウェアのコア技術、特に克服が必要なアルゴリズム問題など、レーダーの理解を深める必要があります。そのため、多くの国内ミリ波レーダーベンチャー企業がスマートセキュリティとスマート交通分野に転向し始めた。これらの分野のミリ波レーダー技術は相対的に難易度が低く、市場の敷居は自動車業界ほど高くなく、利益もやや激しい。彼らは短期間で見返りを見ることができる。ベンチャー企業にとって生存は第一の目標であり、誠実さと初心はジョブズのように息苦しい。しかし、車載ミリ波レーダーを製造するのは骨が折れる仕事だ。太ももの支えだけでなく、ハイテクと市場障壁、低利益率、低販売量も必要です。これは基本的に損をする業界です。あなたがMobileyeのように「私は世界で一番だ」と挑戦できない限り。

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従来のADASミリ波レーダに加え、高解像度点雲イメージング能力を持つ4 Dミリ波レーダは近年、高レベル自動運転の高精度な感知ニーズを満たすために業界のホットスポットとなっている。国内外の大手企業やベンチャー企業の中には、レーザーレーダーの代替や補完を目的とした新コンセプト製品に注目しています。結局、レーザーレーダーのコストと信頼性は最近の段階でも着陸が困難であり、雨や雪などの悪天候の下では、ミリ波レーダーも正確で安定した感知任務を遂行する必要がある。4 Dとは、3 Dプロファイルの高解像度点群プロファイルと高精度速度情報を指す。これは、アップルの携帯電話サイズのレーダーにフェーズアレイレーダーの機能を集中させるようなものです。従来のADASミリ波レーダに比べて技術的な難易度は依然として高くなっている。現在、4 Dミリ波レーダーには主に2つの主流路線がある。1つは、従来のMMIC無線周波数チップを用いてマルチチップカスケード接続を行い、マルチ送信アンテナアレイとマルチ受信アンテナアレイを形成し、アンテナアレイレイアウトとアルゴリズム最適化により4 D点クラウドイメージングを得ることである。例えば、ボッシュのLRR 5プレミアム、中国大陸のARS 540、私たちの製品はすべてこのルートを使用しています。もう1つの方法は、イスラエルのVayyar、Arbeなど、独自に開発した大規模なマルチチャネルチップ上にチップを集積し、48の受信チャネル+48の伝送チャネルとアンテナを1つのチップ上に集積することである。現在、大陸部ARS 540には初期プロトタイプがあるが、公開されたテスト結果は見られていない。BMWの電気自動車iX用にカスタマイズされたという。射程は300メートル、水平角度分解能は1.2°~ 1.68°、ピッチ角度分解能は2.3°、博世LRR 5の水平角分解能は約2°、ピッチ角分解能は約2.2°、Arbeの公式サイトによると、水平角度の解像度は1°、ピッチ角度の解像度は2°に達することができるという。いずれの技術ルートでも、各社のレーダーの体積差は多くなく、約12 cm*13 cm*3.5 cmであり、アンテナの開口部と角度分解能の間の理論的制約を突破する人はいないことを示している。高解像度を実現するためには、アンテナアレイの物理的なサイズを大きくする必要があります。オチョリ氏によると、彼の仮想イメージング技術はアンテナチャネルの数を10 ~ 100倍に拡大できるという。私たちにもこのような技術がありますが、実際の応用にはあまり意味がありません。現在、業界では通常、4つまたは2つのカスケードチップを使用して受信および送信チャネル数を増加させ、MIMO技術を組み合わせて大規模な仮想アレイを形成して、水平方向とピッチ方向の角度分解能を向上させている。この方法はコストを比較的節約することができますが、速度範囲がぼやけずに大幅に縮小されるという問題もあります。この問題をどのように解決するかは、マルチチップカスケードMIMOミリ波レーダのボトルネックでもあるため、多くの国内レーダメーカーがマルチチップカスケードで2つの伝送チャネルしか使用しておらず、残りの伝送チャネルを無駄にして速度のぼやけを回避して問題を解決していることがわかります。4つのTi AWR 2243をカスケード接続することにより、我々の4 Dミリ波レーダは1°の水平解像度、1.4°のピッチ角解像度、−250 km/h ~+250 km/hの最大ファジィフリー速度測定範囲を実現することができる。周囲の環境やターゲットに対する高解像度イメージングを実現することができます。関連製品はすでに複数の自動車工場でL 3とL 4自動運転に応用されている。製品開発の過程で、我々は以下の核心的な重要技術を突破した:

1.大規模な仮想アンテナ設計技術により、レベルと角度分解能が大幅に向上

2.高周波無線周波板の多層積層設計と混合圧縮技術により、製品の低コストと良率を確保する

3.大型アンテナの水平およびピッチ補正のための高速技術

4.自動運転要件を満たすレーダの複雑な波形設計技術

5.最大ファジィなし速度測定範囲拡張技術、高速シーンでの正確な速度測定の要求を満たす

6.ターゲットの正確な3 D BoundingBox情報を得るためのターゲットクラスタリングと追跡技術の拡張

もちろん、上記の技術は簡単な例にすぎない。ミリ波レーダの商業化を実現するためには、まだ大量のツールチェーン問題、エンジニアリング技術問題、アルゴリズム問題が解決されなければならない。私たちはこれまで多くの技術チームと交流してきましたが、チームの実力は強いが、実際のレベルはまちまちであることがわかりました。BSDミリ波レーダーでも石を触って川を渡る段階なので、技術的に難しい順方向レーダーや4 Dミリ波レーダーについて話してみよう。車載ミリ波レーダの参入敷居が高く、技術的難易度が高く、国内関連技術の基礎が弱い現状のため、業界内にも車載ミリ波技術をシステム的に紹介する参考書や資料が不足している。そのため、著者は国内外の10年来のミリ波レーダー製品の研究開発経験と蓄積を結合し、開放業務の中で率先してミリ波レーダー技術を共有し、同業者と共有した。