4D雷達：ADAS領域的新一代感知神器
現在的新車發佈會，如果沒有NOA（Navigate on Autopilot自動輔助導航駕駛）功能，那都不能算作一場合格的發佈會。高速NOA、環線NOA甚至城市NOA的不斷普及，顯示L2+大範圍落地的趨勢正在加速。實現NOA的三種主要傳感技術（攝影鏡頭、毫米波雷達和雷射雷達），三種解決方案各有優劣，能夠互補。
其中大名鼎鼎的雷射雷達，其高解析度是最大的差異化競爭力。然而，隨著4D成像雷達（4D表示距離Range、速度Velocity、水準角度Azimuth和俯仰角度Elevation四個維度）的技術不斷演進，在很多應用場景中可以實現對於雷射雷達的替代。所以我們也看到越來越多車廠希望用4D成像雷達替代雷射雷達，讓L2+的NOA功能得到更大普及，畢竟，雷射雷達的成本還是要遠高於4D成像雷達。預計2030年，L2+的車型將占50%，這也給4D成像雷達帶來足夠的想像空間。
什麼樣的4D成像雷達才能夠符合NOA的需求？我們結合安富利推出的S32R41+2*TFE82雙片級聯方案，從三個方面詳細探討。
出色的射頻前端感知
4D成像雷達需要識別出行人、自行車等，這就需要感測器看得更遠、檢測更小的物體，並且可靠地將較小的物體區分開。
成像雷達需要在最大300米的距離外檢測、區分、追蹤多個靜止或移動的目標，即便目標相互間距離很近也能做到。對於射頻部分而言，意味著在射頻鏈路預算、輸出功率、雜訊係數、相位雜訊等方面進行優化，提升探測能力和解析度。
TEF82 RFCMOS汽車雷達收發器是一款高性能單晶片、低功耗汽車FMCW(調頻連續波)雷達收發器，涵蓋了從76GHz到81GHz的整個汽車雷達頻段。這種完全集成的RFCMOS晶片包含3個發射器、4個接收器、ADC轉換、相位旋轉器和一個低相位雜訊VCO。
TEF82具有增強的射頻性能，功率輸出為13.5dB，11.5dB低雜訊係數以及95dBc/Hz@1MHz的低相位雜訊，並且支持級聯高解析度成像雷達。
另外，TEF82支援掃頻起始頻率慢飄移，有專門的寄存器設置，設置非常簡單對用戶非常友好，每個chirp的起始頻率相對於前一個chirp的起始頻率都有一個提高（或者降低，取決於chirp方向）。這種波形設計的好處是，單個chirp掃頻時間短，因此在做doppler運算的時候，無模糊上線速度更高，同時通過chirp級聯方法可以獲得更高的掃頻帶寬，從而可以獲得更高的距離解析度。同時由於每個chirp的佔據頻寬是不同的，也在一定程度上有避免雷達被干擾的作用。
這種出色的射頻前端性能使其非常適合4D毫米波雷達的要求。
全集成的硬體處理能力
4D毫米波雷達通過生成高密度點雲，以及亞度級別的解析度，這會帶來龐大的資料量，高效的處理器和專門設計的雷達加速器與先進的演算法相結合以處理這些高密度資料。
處理器的強大計算能力使得雷達能夠即時處理大量資料，生成精確的三維環境圖像。通過與MIMO（多輸入多輸出）技術結合，雷達系統可以實現更多的虛擬通道，從而提升目標檢測和追蹤的精度和範圍。另外，由於自動駕駛/輔助駕駛具有極強的即時性，因此需要在感測器側就實現資料的快速處理，從而完成即時回應。
S32R41處理器，採用了Arm Cortex-A53和Cortex-M7內核，結合專用雷達處理加速器SPT3.5，內部8MB SRAM，且集成了兩個乙太網和兩個CANFD介面。
值得一提的是全新SPT 3.5，相比上一代SPT 2.8有所提升。其中帶有VFPU（浮點數向量運算）的BBE32 DSP提供了新的雷達後處理功能；更大的記憶體也可以顯著增加雷達數量；並且支持最多兩個級聯收發器，用於高級高解析度雷達。
SPT是一堆用於毫米波雷達數位信號處理的硬體加速器的總稱，包括FFT、MAXS(峰值搜索)、Copy(資料拷貝)、VMT(求模求對數等數學運算)、HIST(柱狀圖統計)、SORT(排序)等。也就是說在S32R41中，基礎雷達信號處理都用硬體加速器實現的，速度快、功耗低。針對4D毫米波雷達中其他的數位信號處理，比如矩陣運算、矩陣求逆、矩陣分解的向量運算，則由DSP實現。
友好的開發環境
隨著車型的推出頻次越來越快，產品的上市週期不斷縮短，而雷達的開發相對較為複雜，涉及到射頻天線、高速硬體以及豐富的演算法，因此越來越多廠商都在關注工具、參考和標準軟體的提供。
安富利的雙片級聯方案，提供天線參考，以及相應的雷達校準演算法。另外，安富利還開發了一種孔徑外推技術，利用Burg以及Marple等時穩信號處理演算法，對接收孔徑進行線性外推，無需通過多收多發來擴展孔徑。安富利的方案還支持友好Python開發環境，方便射頻工程師評估TEF82的射頻性能，同時也為了方便演算法工程師快速的開發驗證自己的演算法。
總結
雷達感測器已經成為現代汽車ADAS不可或缺的一部分。4D毫米波雷達作為ADAS領域的新一代感知神器，其更優秀的射頻前端、更高的處理能力以及更友好的開發環境，使其在未來智慧化的發展浪潮中扮演著至關重要的角色。
隨著高性價比的4D成像雷達技術的問世，面向L2+和更高級別汽車的ADAS感測器組合將產生重大影響，實現L2+級安全和舒適功能的廣泛應用，從而讓駕駛更安全，用戶體驗更好。
