采埃孚4D毫米波雷达拆解

1、采埃孚4D毫米波雷达基本信息

采埃孚4D毫米波雷达应用在国内某中高端纯电平台上,单车搭载2个雷达,分别安装在前后保险杠内部,可以实现最远探测距离350米。从拆解的信息来看,该4D雷达可以分为4个部分,分别是数字接口板及结构件、发射单元及PCB、屏蔽罩和雷达天线罩,如下图所示。

 

发射单元的微带天线阵列一共有28根天线,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。高清图如下所示:

 

雷达一共有4个MMIC(单片微波集成电路),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,完成雷达发射信号的调制、发射、接收以及回波信号的解调。4个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。覆铜打孔处的本振功分线用于4个MMIC的同步,高频PCB板材性能要求高于普通PCB,主要用于蚀刻毫米波雷达天线。详细结构图如下所示:

移除屏蔽罩后,可以清晰地看见内部黑色的MMIC,以及3发4收的电路特征,如下图所示。MMIC具体型号为AWR2243P,由德州仪器提供。

本雷达使用的AWR2243P是支持多片级联的型号,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,其4个MMIC,单个MMIC具有3发射天线及4接收天线,一共28根天线。下图中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。

从雷达天线排列位置的角度,也能辨别4D 毫米波雷达与传统毫米波雷达的区别。下图中上面部分为本次拆解的采埃孚4D毫米波雷达,感兴趣的朋友可以自行研究这个天线布局(稀疏均匀阵+Monopulse布局)。下面部分为来自日本电装的传统3D毫米波雷达。

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(上图红框)。浅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(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。

发射单元的反面具有连接器、电源管理电路PMIC、处理器、模数转换器ADC和DDR3存储单元。

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,负责数据通信和供电。电源管理电路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(Buck)或升压(Boost),确保为发射单元等用电设备提供稳压电流。

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。

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。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MT53E128M32D2DS-053 AUT:A。详细如下图所示:

数字接口板及结构件由CAN FD接口、散热翅片、以太网接口和数字接口板组成。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。

4D毫米波雷达较大的功率(25W左右)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。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。数字接口板负责与雷达与整车域控信号及电源进行适配及转接。详细如下图所示:

2、4D毫米波雷达产品现状

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,具体如下所示。

(1)华域汽车

LRR30 采用 2 片 MMIC 级联,具备 6 路发射和 8 路接收通道,最多可以输出 1024 点 4D 点云,能够追踪 64 个目标,最远探测距离达 300m。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 点 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。

(2)福瑞泰克

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。

(3)经纬恒润

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在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。

(4)森思泰克

双片级联4D成像雷达STA77-6量产车型——理想L7量产上市。采用6发8收,48虚拟通道,作用距离300米,方位角分别率2°。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发16收,192虚拟通道,作用距离350米,方位角分别率0.7°。

(5)纳瓦电子

纳瓦电子共规划了两款成像雷达产品,一款是6发8收,既可作为角雷达也可以作为前向雷达,一款是12发16收,主要瞄准前向雷达.纳瓦电子6发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°

(6)赛恩领动

赛恩领动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。

(7)行易道

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°。

(8)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。

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