汽车雷达的未来趋势：面向79GHz频段

汽车雷达的未来趋势：面向79GHz频段监测超速的新一代雷达道路交通碰撞已经成为全球一大挑战，因此该研究旨在寻求提高道路安全的方式。基于雷达的驾驶辅助系统系统已经投入使用，目前主要是一些舒适性功能，例如自适应巡航控制、碰撞预警系统、盲点监控、变道辅助、后交叉交通预警和备用停车辅助系统。这些系统无疑在一定程度上提高了安全性，但是，当前技术的发展仅带来了主动安全功能，例如碰撞缓冲系统和弱势道路使用者监测。为了提供这些可以确保车辆安全的重要功能，各系统必须能够更加清晰地区分道路上的物体。为此，所需的带宽应该高于目前所使用24 GHz-76 GHz频段的窄带频率。带宽较宽和功率限制高有助于提高分辨率和物体区分效果，它们对于诸如城市地区行人检测或自动紧急制动等新功能来说是非常重要的。79 GHz频段的优势高频雷达系统通常具有良好的性能，因为它们更加可靠和精确。这一点通过多个研究得到了证实，其中包括欧盟通过雷达干扰抑制（MOSARIM）项目进行的“让所有人更加安全”研究。77 GHz–81 GHz频率范围（79 GHz频段）的主要优势除了能够更好地区分物体外，雷达设备可以更小，一种技术可以用于多种应用，而且，由于所需发射功率较小，相互干扰的风险比较低。更加清晰和准确的图像多个物体如果出现在同一个距门内是很难进行区分的。在这种情况下，空间分辨率低，而且几个物体融合到一个虚拟物体上（见图1）。目前使用的较窄带宽就会出现这种情况。如果在79 GHz周围使用较大的4 GHz带宽，可以实现较高的空间分辨率，更强的物体区分能力。高分辨率系统可以决定车辆是否将碰撞一个物体或接近碰撞。低分辨率系统错误预警的概率较高，可能会错过一个大物体前面的小物体（见图2）。适用于各种应用的小型设备和单一技术高频电路的结构和天线的大小直接取决于所使用的波长。工作频率越高，雷达设备的总体积就越小。这是一种线性的关系，它所产生的结果是，一个工作在79 GHz频段的设备比一个工作在24 GHz频段的设备要小三倍。目前，汽车雷达应用针对不同的应用使用不同的频率范围。通过使用一个公共的76 GHz–81 GHz技术平台，可以建立一个全面和灵活的系统。这使得研发过程更加容易，并且单独的传感器可用于多种用途。欧盟的79 GHz项目—一个面向全球性协调频率分配的举措考虑到使用79 GHz的益处，人们希望对77 GHz到81 GHz频率范围内用于汽车雷达的部分进行全球协调频率分配。技术的进步和各个国家或地区的支持将为ITU无线电通信部门和国际电器电工委员会（IEC）达成全球性协议铺平道路。欧盟发起的79 GHz 项目涉及到各国开展的具体活动和一个专家组—国际汽车无线电管理专家组，旨在将79 GHz频段用于汽车雷达问题加快制订全球性协议。2004年，欧盟就其成员国和欧洲经济区（EEA）国家（冰岛、列支敦士登、瑞士和挪威）短程雷达设备使用79 GHz频段的协调问题通过了立法。在欧盟所有27个成员国以及属于欧洲邮政和电信管理大会（CEPT）成员的其他国家，使用77到81 GHz范围频率工作的短程汽车雷达受到ETSI标准（EN 302 264）的监管。在79 GHz频段发送信号的汽车雷达设备既没有时间限制，也没有其他操作上的限制，因此被允许在射电天文位置附近进行工作（这种工作通常是被禁止的）。其他国家在做什么？作为CEPT的成员，白俄罗斯、格鲁吉亚、俄联邦、乌克兰、土耳其和巴尔干地区已经批准79 GHz频段用于汽车高分辨短程雷达，相关的规定也类似于欧盟和ETSI的标准EN 302 264。在北美，美国联邦通信委员会（FCC）可望对博世（Borch）公司于2012年5月提出的，有关在美国将79 GHz频段用于短程雷达的申诉做出有利的裁决。之后，联邦通信委员会可能发布一个规则制订通告，建议美国，通过关于在未颁发许可证情况下，允许77-81 GHz频段用于汽车雷达应用的条例。在加拿大，类似的建议已经提交给加拿大工业部。在拉美，巴西和阿根廷正在初步考虑79 GHz频段用于汽车短程雷达的问题。在海湾国家，沙特阿拉伯和阿联酋正在考虑实施相关的ETSI标准，而在阿曼，自2009年以来，79 GHz频段已经分配给汽车短程雷达，其功率限制与ETSI的标准相同。在亚太地区，中国目前对79 GHz高分辨汽车雷达没有规定，香港地区正在为此目标采取相应措施。为了采用79 GHz频段，大韩民国的国家无线电研究机构正在准备修订立法。泰国的国家广播和电信委员会准备考虑这个问题。马来西亚通信和多媒体委员会正在研究将汽车/超宽带频谱计划纳入其标准无线电系统计划。在印度，79 GHz频段未受到管制。新西兰的无线电频谱管理机构正在考虑采用欧盟的方案。新加坡是继欧盟成员国和所有其他CEPT国家之后第一个将79 GHz频段用于短程雷达的国家（2007年实施）。在澳大利亚，澳大利亚通信和媒体当局已经对79 GHz频段做出规定。日本通产省已经对79 GHz频段用于高分辨率雷达做出规定。投资于79 GHz技术的公司自欧盟2004年决定将79 GHz频段用于汽车短程雷达以来，各种项目已经启动。汽车雷达芯片（RoCC）项目的参与者包括Daimler、BMW、Bosch、Infineon和Continental公司。RoCC项目计划进一步开发应用于76-81 GHz频段的基于硅片的雷达技术。其目标是大幅降低79 GHz汽车雷达传感器的成本，提高其价格竞争能力。79 GHz传感器的主要成本因素是加工所需的层压材料和毫米波芯片以及微处理器本身。法国已经通过法国政府投资的3个项目（RADAR ACC、ARPOD和RASSUR 79）开展了有关79 GHz超宽带短程雷达技术的研发工作，以补充PSA Peugeot Citroën Automobile公司的工作。许多公司已经对79 GHz高分辨率雷达技术进行了大量投资。其中一些公司致力于各类应用的融合（例如碰撞前或盲点功能），进行投资的公司有TRW、Bosch、Continental、Denso和MAGNA。参与投资的雷达供应商包括Autocruise（TRW）、Fujitsu Ten和Hitachi。诸如Freescale、Infineon、UMS、STMicroelectronics和TriQuint等雷达毫米波芯片提供商同时也是投资者。由此看来，79 GHz技术已基本通过验证，