在军事上,毫米波雷达已广泛应用于预警探测、武器制导、电子对抗等领域。近年来,随着集成电路和天线设计等技术的不断成熟、元器件成本的不断降低,民用车载毫米波雷达产品不断涌现并投入实际应用。作为智能汽车和智慧交通的重要组成,车用毫米波雷达的相关频率划分受到国家无线电管理部门的密切关注和高度重视。2016 年,国内正式启动国际电联智能交通全球频率统一(WRC-19 1.12)议题工作。工业和信息化部下发《关于同意车载信息服务产业应用联盟开展智能交通无线电技术频率研究试验的批复》(工信部无函〔2016〕450 号)文件,授权车联组织产业单位在合肥、大连、泰州、绵阳等城市开展 77~81GHz 车用毫米波雷达研究试验工作,验证雷达性能参数、频率需求等各类技术指标,为中国车载雷达频率规划和 WRC-19 1.12 议题中国提案工作提供了技术参考,推动了车载雷达安全、可靠地应用于中国智能汽车和智慧交通行业。

 

1 车载雷达技术原理

车载毫米波雷达利用天线发射电磁波后,对前方或后方障碍物反射的回波进行不断检测,并通过雷达信号处理器进行综合分析,计算出与前方或后方障碍物的相对速度和距离,并生成警告信息传递给汽车控制电路,由汽车控制电路控制汽车变速器和制动器作出应对动作,从而避免发生碰撞。

 

毫米波雷达具有探测性能稳定、作用距离较长、环境适用性好等特点。与超声波雷达相比,毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、摄像头等光学传感器相比,毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候全天时的特点。各类车载传感器的优缺点如表 1 所示。

 

表 1 各类车载传感器优缺点对比

 

 

2 车载雷达频率划分情况

2005~2013 年,欧盟将 24GHz、79GHz 作为车载毫米波雷达的频谱,而美国使用 24GHz、77GHz 频带,日本选用了 60~61GHz 的频段。随着世界范围内 76~77GHz 毫米波雷达的广泛应用,日本也逐渐转入了 79GHz 毫米波雷达的开发中。各大国的车载雷达频段主要集中在在 23~24GHz、60~61GHz 和 76~77GHz(79GHz)3 个频段,而世界各国对毫米波车载雷达频段使用的混乱情况使得汽车行业车载雷达的发展受到了限制,如表 2 所示。

 

从我国的情况看,无线电主管部门对车载雷达的频率划分一直在积极推进之中。2005 年,原信息产业部就发布了《微功率(短距离)无线电设备的技术要求》,将 76~77GHz 频段规划给了车辆测距雷达使用。此后,工业和信息化部于 2012 年发布了《关于发布 24GHz 频段短距离车载雷达设备使用频率的通知》(工信部无〔2012〕548 号),将 24.25~26.65GHz 频段规划用于短距离车载雷达业务的频率。

 

表 2 主要国家车载雷达频率划分情况

 

 

在日内瓦召开的 2015 年世界无线电通信大会(WRC-15)上,各国讨论决定,77.5~78.0GHz 频段划分给无线电定位业务,以支持短距离高分辨率车载雷达的发展,车载雷达正式获得了全球统一频率划分。

 

3 国内外车载雷达产品现状

美国、欧洲和日本在车载雷达技术研究方面处于领先地位。目前,越来越多的公司和供应商投入到汽车雷达系统研制、器件开发和算法研究当中。1999 年,德国奔驰汽车公司率先采用 77GHz 毫米波雷达的自主巡航控制系统;2003 年,博世研制的 77GHz 车载雷达正式投入商用;2013 年,松下与富士通研制出 79GHz 频带毫米波车载雷达。目前,毫米波车载雷达的关键技术主要由大陆、博世、电装、奥托立夫等传统汽车零部件巨头所垄断,特别是 77GHz 毫米波雷达,只有少数几个国外公司掌握该技术。

 

在我国,24GHz 和 77GHz 毫米波集成电路的关键技术已取得突破。其中,24GHz 毫米波集成电路已实现量产并试用中,但 77GHz 毫米波集成电路的国产化一直进展缓慢。国内相关产品的主要进展情况为:东南大学毫米波国家重点实验室已完成 8mm 波段混频器、倍频器、开关、放大器等单功能芯片的研制,目前,正在开展单片接收 / 发射前端的设计与研制;厦门意行半导体科技有限公司在 24GHz 汽车主动安全雷达射频前端集成电路取得突破,是国内唯一一家提供 24GHz 汽车主动安全雷达射频前端 MMIC 解决方案的企业;沈阳承泰科技有限公司在研发 77GHz 汽车毫米波雷达关键技术上取得突破,预计产品不久将问世。

 

目前,国内毫米波雷达产业的发展主要面临以下几个问题:①行业整体竞争力偏弱。目前,国内的产业链尚未成熟,国外商用车载雷达已经走了几十年的历史了,国内近几年才开始起步,产品上市要面临激烈的竞争压力。②人才极度缺乏。车载雷达研发需要丰富的雷达系统和毫米波射频设计经验与能力,而这一领域的人才多集中在军工企业和国外企业。③资金压力大。由于技术基础底子薄,研发所需的测试设备和生产设备都需要从国外购买,价格高昂,后期收益情况又未知,国内相关生产厂家面临很大的资金压力。④开发周期较长。一款毫米波雷达开发周期就要 12 个月以上,产品还需要通过静态测试、动态测试、上车测试以及各种复杂的环境下测试,整个研制周期至少要 2 年以上。

 

4 对策与建议

结合国内车载雷达频率划分和产品研制的现状,提出了以下建议:①在国家层面给予更大的政策支持和资金资助。通过设立重大专项研究课题、给予财政优惠政策等方式提高国内企业投入车载雷达行业的积极性,从而带动自主雷达材料、部件、系统和整机产业发展。②通过军民融合的方式促进车载雷达行业的发展。国内军工企业在毫米波雷达研制方面有雄厚的技术和人才积累。通过军民融合的方式,鼓励军工企业加入车载雷达研制队伍中来,可有效解决国内民用车载雷达技术基础薄弱、人才匮乏的问题。③大力促进人才队伍建设,推进行业产学研的结合。国内相关企业应当与科研院所、高等学校从人才培养、关键技术突破、产品性能验证等方面密切合作,共同将国内车载雷达行业做大做强。④选择合适的方式与外国企业合作,引进先进技术。应当鼓励国内有实力的企业通过并购、股权转让、技术合作等方式,从欧美产品领先厂商手中获取先进技术,尽快弥补现有技术的不足。

 

未来,无论是高级辅助驾驶系统(ADAS)产业,还是无人驾驶行业,毫米波雷达都会是汽车最核心的传感器之一。虽然国产毫米波雷达突破了部分核心技术,但毕竟刚刚起步,力量还薄弱,应当加快开发国产毫米波雷达芯片并车载应用,使我国汽车毫米波雷达产业摆脱受制于人的局面。