助力全球最先进毫米波雷达—Xilinx的FPGA

首先，ARS540 是分辨率最高的毫米波雷达，地平经度 Azimuth 或者说水平方位角分辨率达 1°（2017 年原始设计为 1.2°），是绝大多数毫米波雷达水平分辨率的 7-12 倍，绝大多数毫米波雷达水平分辨率只有 7-12°。

其次，ARS540 是唯一具备能够真正测量目标高度的毫米波雷达，也就是其高度分辨率 Elevation 比较高，达到 2.3°。为什么要测量高度？因为窖井盖、减速带、立交桥、天桥、路边金属牌会导致雷达误动作，因此传统雷达都将静态目标过滤掉。如果能测量高度，就能提高目标检测的置信度，不再过滤静态目标。

第四，ARS540 是唯一能够输出图像的毫米波雷达，大陆汽车称之为 Radar Detection Image Output RDI，即点云输出。效果逼近 8 线激光雷达。

第五，ARS540 使用微多普勒技术，是唯一可以检测道路弱势群体使用者 VRU（如老年人和儿童）的毫米波雷达。

第六，ARS540 是唯一使用 SAR 合成孔径技术提高近距离分辨率的毫米波雷达，在 10 米范围内，ARS540 会使用 SAR 技术提高角分辨率。

第七，ARS540 是唯一不过滤静态目标的毫米波雷达，绝大多数毫米波雷达因为担心误报，过滤掉了静态目标，ARS540 具备超高分辨率，同时能检测物体高度，因此不担心误报，所以就保留静态目标。

第八，ARS540 是唯一具备复杂交通场景下轨迹跟踪与预测的毫米波雷达。第九，ARS540 可以探测到隐藏的车辆。大陆汽车上一代最先进产品 ARS430 有 40%的几率检测到隐藏车辆，ARS540 可以做到 80%。而大部分毫米波雷达只能做到 20%，因此就过滤掉了这些数据。

ARS540 采用 4 片级联的形式，将 4 片 NXP 的 77GHz 毫米波雷达收发器（即 MMIC）MR3003 级联，每个 MR3003 是 3 发 4 收，4 片就是 12 发 16 收，目前绝大多数毫米波雷达都是采用单片收发器，通常只有 3 发 4 收，也就是只有 12 个虚拟通道，而 ARS540 是 192 个虚拟通道，分辨率大大提高。可以称之为图像雷达。

实际毫米波雷达高度测量或者说俯仰角测量不是新鲜事，博世在 2012 年的 MRR 雷达上就提出有此项功能，国内华域汽车、芜湖森斯泰克、木牛科技、傲酷也有近似方案。为何大陆汽车敢说全球唯一“真正”高度测量？

众所周知，传统雷达输出 3 个维度的信息，分别是方位角、速度和距离。后两者通过 FFT 取得，前者是利用多个天线的相位差信息获得。传统雷达没有俯仰角天线通道，只有方位角天线通道，自然就没有俯仰角信息。解决办法有几种，通常是增加俯仰通道，但是在总通道数不变的情况下，意味着水平方位角精度的降低，毕竟水平方位角才是主要信息。要增加总通道数，成本增加还是小事，运算量会大幅度增加数倍乃至几十倍，现在的 77Ghz 雷达处理芯片基本被英飞凌和 NXP 垄断，没有合适的芯片可用。因此大部分厂家的俯仰通道只是勉强做到，精度很低，博世 MRR 采用俯仰面天线方向图幅值比来计算俯仰角，这种方法不增加通道数，也不增加成本，只增加俯仰天线的主波束宽度。这种方法需要先验知识，且无法区分非水平目标处于高处还是低处。

大陆汽车可能采用了 Monopluse 的设计，相当于一根物理天线做俯仰角测试，再通过 MIMO 虚拟通道增加精度。AR540 采用双波束成形，一个波束是 48 (Az.) x 1 (El.) = 48 channels，转为方位角设计，大幅度提高方位角测量精度。另一个是 24 (Az.) x 6 (El.) = 144 channels，里面包含了俯仰角测量。

第一个 FFT 运算解出距离值，对车载毫米波雷达来说 256 点的 FFT 都足以胜任，军事上则高达 8192 点。接下来第二个 FFT 运算解出速度值，因为速度值没有距离值重要，128 点 FFT 都足以胜任。S32R274 的最大 FFT 是 512 点。Xilinx 的 ZynqUltraScale+ RFSoC 可轻易做到 4096 点。由于有 4 核 A53 和 Cortex R5，ARS540 可以运行嵌入式 Linux，也可以运行 RTEMS 或 QNX。能够满足功能安全认证。

当然 FPGA 比 ASIC 还是要贵一点，HDL 语言能熟练运用的人也很少，4D 雷达的天线校准也是难题。ARS540 为大陆汽车的毫米波雷达再次确立了霸主位置，并增加了护城河的宽度。