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落實汽車天線罩測試 車用雷達干擾影響大減

可為駕駛提供幫助,並能夠提高道路安全性的高級駕駛輔助系統現在已整合到入門款車輛,成為汽車世界中的常見技術。全自動駕駛汽車(包括測試汽車)經常會成為新聞頭條,尤其是在自動駕駛車輛發生事故後。這些複雜系統在準備批量生產前還有很長的路要走,但可肯定其會於不久的將來成為現實。 汽車雷達感測易受干擾 能夠偵測附近物體的感測器是自動駕駛汽車的關鍵元件,這些包括攝影機和雷射雷達感測器,尤其是雷達感測器更為重要。現今每年生產數以百萬計的汽車雷達,為高階車輛中的標準裝置。汽車雷達感測器主要用於提高駕駛舒適性和預防事故,大多支援主動車距控制巡航的雷達感測器均在76GHz至77GHz頻率範圍(1GHz頻寬)內運作,用以感測遠處其他車輛和物體。汽車雷達要實現一些先進功能,特別是能夠感測附近物體的功能,如變道輔助和盲點偵測等,需要其於77GHz至81GHz頻率範圍內運作,以更大頻寬才能實現所需高解析度;且高達81GHz的擴展汽車頻段有助於減少無線電干擾。 由於汽車外觀比功能更重要,汽車雷達通常被雷達罩覆蓋,該雷達罩由對RF訊號透明的材料製成。汽車散熱器格柵上的標誌通常用於雷達罩用途,塑膠保險桿也是雷達良好藏身之處。過去標誌主要用於推廣品牌,而無其他重要作用,但現可作為雷達天線罩,因而更像RF零組件。若於設計中不考量此點,則可能對標誌後的雷達探測性能及準確性產生不利影響。 尤其是具有局部材料厚度變化的三維形狀品牌標誌可能會導致在毫米波段運作時導致出現RF性能問題。保險桿通常塗有金屬漆,可減弱高頻訊號。因此為確保雷達可靠性,必須驗證天線罩的材料屬性並檢查其對雷達訊號的影響。對自動駕駛而言,汽車感測器的不確定性和風險皆無法接受,基於以上產生的錯誤皆無法透過後續處理而充分糾正。因此車輛製造商及其供應商需要全新量測功能,以便評估天線罩雷達一致性。 雷達偵測精準度受多方影響 汽車雷達感測器主要使用頻率調變連續波(FMCW)訊號。由於傳播延遲和都卜勒(Doppler)頻移,這些感測器可量測並解析多個目標的距離及徑向速度。根據天線陣列特性,還可量測和解析方位角甚至至仰角。在偵測及追蹤後,感測器電子裝置處理訊號以生成目標參數清單,其中包含物件量測位置、速度以及類型訊息(行人及汽車等)。此清單將被發送至車輛電子控制單元,用於即時決策車輛操控。因此該資料的準確性和可靠性對車輛及乘客安全極為重要。 雷達精度取決於多因素,如硬體零元件、軟體處理和雷達回波本身。具有低訊噪比(SNR)的訊號回波參數無法像高SNR訊號一樣精確量測。此外,諸如多路徑傳播和天線罩等引起的失真也大幅影響量測精度;方位角量測誤差會導致目標看起來與實際位置有偏差,如圖1所示。雷達感測器角度量測誤差僅為1O,將導致100m外的目標看上去橫向偏移1.75m,以致被誤認處於不同車道。為確保可靠運作,在此距離下角度量測誤差須遠小於1O。 圖1 由於方位角量測錯誤,未正確檢測到目標位置,自動駕駛車輛控制器可能會做出致命動作。 天線罩選用決定雷達偵測精度 圖2顯示基於實際汽車零組件量測結果得出的方位角偏差影響,其中商用汽車雷達與靜止目標距離為12.4m,角度為11.5O,該圖顯示不同天線罩如何影響雷達的橫截面和入射角。以A區顯示值(無天線罩)也在此提供用於比較;可以看出當使用合適天線罩(B區)時,對入射角的估算無影響,但雷達橫截面會以兩種方式減小(在此狀況下約為2dB);若使用不合適的天線罩(C區),相對於比較量測值,平均雷達橫截面下降約4dB,使其難以偵測弱反射目標。不合適天線罩對偵測入射角的影響亦明顯。在恆定11.5O時無法看見,但在11.5O和11.7O間交替變化時則可顯示,因此訊號處理電子裝置不會獲得明確值。使用該天線罩,汽車雷達無法達到0.1O的目標精度。 圖2 不同天線罩對雷達橫截面(RCS)和入射角影響,不相容天線罩會導致角度誤差。 多因素考量輔助雷達校正 現代雷達感測器在接收器前端通常具有天線陣列,透過量測由相控陣天線波束成形獲得的相位和振幅比確定方位角(有時還可確定仰角)。為獲得最佳方位角精度,必須單獨校正每個雷達感測器。以下是雷達校正的典型程式:首先將感測器安裝在消聲室內轉盤上,遠場中已知距離的角反射器通常作為參考目標;量測雷達方向圖並將其儲存於感測器記憶體(Memory)中,再由偵測演算法使用,於訊號處理過程中校正演算,並於運作期間完成。 車輛製造商通常在標誌或保險桿後方將校準的雷達感測器整合至車輛。由於訊號必須在到達目標和從目標返回過程中兩次穿過天線罩材料,因此天線罩材料對於RF傳輸訊號的減弱出現兩次。從以下分析可看出其減小雷達偵測範圍。 根據訊號傳播定律,訊號傳輸後功率與距離r的平方成反比,代表在訊號往返過程中,其功率將減小因數1/r4。對於具有3W輸出功率、25dBi天線增益、雷達目標橫截面為10m,而訊號偵測臨界值為-90dBm的77GHz雷達使用此等式,配置最大範圍為109.4m。若天線罩雙向減弱為3dB,則同一雷達最大距離將減少16%,僅為92.1m。 但材料減弱並非減低雷達性能的唯一因素,天線罩材料的反射率和均勻性也很重要。例如塗漆中金屬顆粒的反射以及基礎材料的射頻失配會在天線罩內(即靠近感測器位置)產生干擾訊號,後者於接收器鏈路中被接收和下變頻,進而降低雷達偵測靈敏度。許多汽車製造商試圖透過傾斜天線罩減輕此影響,使發射的雷達訊號反射至其他處,而非直接回到接收器前端。但此種解決方案會受設計限制,且無法消除導致RF能量損失的寄生反射。 另一個問題則是,天線罩中夾雜物和密度變化等導致材料不均勻,會干擾出射和入射波前,因而可能失真,並降低角度量測準確度。雷達感測器校準無法補償此種影響,因為即便雷達校準後也可能安裝在不同製造商的天線罩後面。 傳統黃金裝置偵測死角易現 天線罩製造商通常使用參考雷達(黃金裝置)測試其產品。對於這種測試,將角反射器以事先預定距離和方位角安裝在雷達前面(圖3),分別在有和無天線罩的情形進行差動量測再加以比較。若雷達測定距離和方位角以及回波訊號在指定範圍內,天線罩測試始合格。但此方法僅檢查特定方位角,易錯過天線罩中有問題的區域。另一種量測方法以類似方式操作,但僅需一個反射器—將雷達感測器和天線罩安裝至轉盤,以不同角度重複量測,可從轉盤讀取實際角度(地面真實狀況)並與雷達測得角度比較。該方法與轉盤定位精度一樣精確,但因測試需長時間故不適用於生產線測試。 圖3 使用黃金裝置的典型測試設置。 天線罩測試儀克服傳統限制 有方案能克服傳統方法的局限,像是羅德史瓦茲(R&S)QAR汽車天線罩測試儀(圖4)使用具數百個發射及接收天線的大型面板代替具微小天線陣列的黃金裝置,這些天線在75GHz至82GHz的擴展汽車雷達頻率範圍運作,使汽車雷達綜合數百個天線資料;由於具大孔徑,可憑藉更高解析度(mm範圍內)量測距離、方位角和仰角,使量測結果(即反射率)顯示為X射線影像,即便測試及量測經驗受限者也可立即進行品質評估。與使用真實雷達量測不同,此方法毋需費時量測順序以確定天線罩特性,只需一次時程即可獲得結果,類似使用攝影機拍照。 圖4 R&S QAR汽車天線罩測試儀。DUT安裝在操作台前邊緣,桌台上的藍色裝置包含用於傳輸量測的可選mm波發射器。 被測天線罩放置於面板前的指定區域,可進行兩種量測,一種用於確定被測裝置(DUT)反射率,另一種用於確定透射率。 首先進行反射率量測以確定天線罩材料反射多少能量,此能量無法透過天線罩。如上所述,反射訊號會降低性能,甚至損害正確運作。由於各種原因,某些區域可能具有較高反射率,如材料缺陷、空氣夾雜物、不同材料層間的有害相互作用或某些材料組分過多等。透過根據幅度和相位連貫使所有反射訊號連接,該量測方法提供空間分辨量測結果,而視覺化結果能直觀、定量評估DUT反射特性。 圖5 反射率(左)和單向衰減(右)的高解析度mm波影像。標誌中的白色輪廓表示測試發射器或雷達輻射橫截面,該區域用於評估。 圖5中高解析度雷達影像顯示演示用天線罩(圖6)覆蓋下雷達感測器看到的影像,亮度水準代表反射率、區域越亮、反射雷達訊號越多;金屬物體(四角螺釘)顯示為白色,標誌清晰可見的輪廓顯示局部高反射率和非常不均勻的整體影像;標誌區域中較大的0.5mm厚度足以大幅降低雷達性能。 圖6 演示天線罩,僅在天線罩主體表面上方突出0.5mm,即便厚度微小增加也會導致在77GHz時失配。 此示例中天線罩中間部分平均反射率為-11.0dB,標準差為-18.2dB,在許多使用場景中此值過高,無法確保雷達可靠操作。實際上預期反射率取決於雷達單元靈敏度和欲覆蓋的最大偵測範圍。 接下來量測天線罩材料的頻率匹配及衰減。位於DUT後的發射器在選定頻率跨度掃描,可精確評估天線罩的發射頻率回應,回應可提供有關DUT用於雷達操作確切頻段上RF匹配的詳盡訊息,其與雷達使用的實際訊號波形無關,因此對可安裝在天線罩後的雷達均有效。圖6右側圖則顯示演示天線罩的量測結果,由於76GHz至79GHz之間的高波紋度,該天線罩不適用於在該頻段操作的雷達。 若使用汽車行業真實3D天線罩的傳輸量,可測得圖7中類似鋸齒狀的曲線,該天線罩會遇到各種性能問題: 頻率匹配位於不太有利的71GHz左右而非於76GHz,是因某些天線罩層厚度增加所致;79GHz頻帶中不穩定的減弱變化表明駐波比顯著增加,表示天線罩邊界處反射及強烈干擾效應;總體單向(One-way)衰減相對較高,將導致偵測範圍顯著減小。 圖7 在一個複雜3D設計商用多層天線罩上進行的透射率量測。 準確感測實現安全自駕 自動駕駛需可靠雷達正確無誤偵測周圍區域物體,可行性取決於雷達品質及其安裝狀況。雷達安裝在品牌標誌或保險桿後,車身部件(天線罩)會減弱訊號,以致無法偵測物體或於錯誤位置偵測到。當下此類部件不僅需滿足其原始目的,且須具備特定RF特性,並以準確實用的量測方法驗證。相較黃金裝置,此測試儀能更快、更易評估汽車天線罩品質,不僅量測DUT的RF透射率,進而帶出天線罩設計的基本適用性,並量測反射率而視覺化為X射線影像,亦可讓非專業人員進行可靠合格/失效評估,對於生產線終端測試尤為重要。 (本文作者皆任職於羅德史瓦茲)
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落實行進安全 自駕通訊/定位技術缺一不可

目前科技業者與車廠都已投入自駕車系統的發展,特別是專注於通訊、光學雷達(LiDAR)感測、定位與操控技術的研發,在自身的產業特色下,兩方發展出現速度和方向不大相同的現象。 科技產業在產品研發、量產、上市等要求向來快速,以速度獲取市場商機,而車廠業者則多是百年工業,其產品使用年限長,對安全性的注重度高,從設計到製造,都需要經過較長的時間驗證,這也是車商在自駕車進展較慢的原因。 至於發展方向,以美國汽車工程師學會(Society of Automotive Engineers, SAE)制定的自駕車6個等級為例,車廠是由第0層逐步往上推,科技廠商則是先從第5層的完全無人自駕等級,回推思考技術有哪些欠缺,這兩種不同發展方向在時間的推演下,將在一定的技術環節交會。 觀察目前各大廠的自駕車發展,大多以自小客車為主,在此類應用中,不但車體中的感測器、運算單元、定位單元與操控單元須具備精準而快速的訊號擷取與反應能力,還須經長時間實地測試,以掌握所面對的複雜環境。本文將以自駕車系統中所須採用的通訊與定位技術為探討主題。 感測器穩定性為自駕技術關鍵 台灣目前由法人(如工研院)制定自動駕駛感知次系統,其中V2X通訊技術與應用於自駕車軟體架構中、行車安全性及聯網接收號誌狀態資訊的提升,扮演不可或缺的角色。自駕車系統軟體的運作流程概述如下: 首先,感測分析硬體(Camera、3D LiDAR、Radar與V2X路側通訊設備)收集車輛周圍資訊後(如道路是否有障礙物、道路路形等)先進行前置處理與資料對齊,接著透過深度學習影像辨識軟體針對偵測到的物件與資料進行訓練(Training Data);之後融合多重感測資料(Data Fusion),再進行即時事件推理(Event Sensing)—即區分Event Sensing Type:行人穿越道路(Pedestrian Crossing Road)與橫向來車 (Intersection Movement Assist);最後再儲存資料(Data Logging)。 自駕車系統架構中最關鍵的元件為前端感測器,其為發展自動駕駛技術領域中最重要的回授單元。近年來隨著先進駕駛輔助系統(ADAS)普遍應用於高階車輛,且安全、舒適、方便與節能方面亦有改善,使安裝多個感測器逐漸成為趨勢,同時成為發展自動駕駛等級SAE Level 5的基礎。透過這些先進感測器與機器學習軟體演算法處理,可讓車輛電控單元完整模擬,甚至超越人類在駕駛車輛時所使用的各種感官能力(Perception),實現同步即時的全方位環境感測能力,並針對感測結果判斷控制決策,因此感測器的穩定性研究成為目前自動駕駛技術的關鍵要素之一,其中運算速度、抗環境干擾能力與辨識精準度為目前發展的三個重要指標。圖1以NVIDIA為例,運算平台採用GPU架構可加速運算,每年以1.5倍的速度成長,預計於2025年將可達到1000倍的運算速度,可融合運算多種感測器。 圖1 自駕車運算平台以GPU架構為主流。  圖2以Google新創的自駕車公司Waymo為例,車上配掛光達與攝影機等感測設備,融合多重感測器抵抗環境干擾。 圖2 自駕車將融合多種感測器克服環境干擾。 圖3則是顯示目前自駕車採用3D光達技術,目的為提高物件辨識精準度。  圖3 自駕車採用3D光達技術,以提高辨識精準度。 兩大自駕車通訊技術 自駕車通訊技術,即採用車聯網V2X通訊,使自駕車具有對外連網能力,該技術可區分為兩大類,分別為短距無線通訊Dedicated Short Range...
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開啟直覺人機互動新篇章 高整合140GHz雷達系統顯威

比利時奈米電子和數位科技研究與創新中心imec,5月14、15日於安特衛普(Antwerp)法蘭德斯會議中心舉辦年度科技盛會「Future Summits」,活動除邀請英特爾(Intel)技術長Mike Mayberry、益華電腦(Cadence Design Systems)執行長陳立武、微軟(Microsoft)HoloLens硬體與客製晶片副總裁Ilan Spillinger、嬌生公司全球負責人William Hait、WD執行長Stephen Milligan,以及美光科技(Micron)技術策略與營運副總裁Linda Somerville等多位產業界重量級人物分享創新科技思維與觀點外,亦展示超過50多項imec與合作夥伴共同研發的技術與應用成果,堪稱科技界最具指標性的前瞻技術交流平台。 在眾多展示成果中,採用140GHz頻段的多重輸入輸出(MIMO)雷達單晶片方案,格外令人注意,除了使用的毫米波(mmWave)頻段更高外,其採用CMOS技術高度整合多天線與收發器,實現精巧、小尺寸設計,亦是一大特點;再結合imec研發的機器學習演算法,可達到超精準解析度與高靈敏感測效能,為雷達感測在直覺式人機互動的應用發展再寫新頁。 5G/自駕車熱潮帶動 雷達感測應用前景俏 近來,隨著5G與自駕車發展日益升溫,毫米波技術的應用潛力逐漸受到產業界重視,相關研發活動與投資也不斷增加,除了聚焦在5G高頻通訊與汽車駕駛輔助系統(ADAS)的雷達應用外,利用毫米波雷達實現更多元的感測應用,亦是另一個重要發展方向。 舉例來說,德州儀器(TI)除了力推車用毫米波雷達方案外,亦積極將該技術拓展至工業自動化、智慧建築、智慧監控等其他應用領域,利用60GHz高頻毫米波雷達實現如人員計算、動作偵測、使用狀態偵測(Occupancy Detection)及生命跡象監測等應用。此外,英飛凌(Infineon)、Acconeer、Silicon Radar、NOVELIC等歐洲晶片廠,也都朝同樣的方向發展,甚至已推出基於60GHz毫米波雷達的感測方案。 事實上,目前上也有不少廠商是以24GHz毫米波雷達方案,來拓展上述非汽車ADAS應用的雷達感測市場,不過,由於業界已傳出歐洲電信標準協會(ETSI)和美國聯邦傳播委員會(FCC)決定於2022年前,逐步淘汰使用24GHz超寬頻段(Ultra Wide Band)的產品,再加上基於60GHz頻段的毫米波雷達,本質上可提供比24GHz頻段更高的感測解析度,因此不少廠商已開始往60GHz技術靠攏。 至於汽車雷達常用的77GHz頻段,若要用於工業、建築和城市基礎建設,包括那些需要人機互動的應用,在全球大多數地區都是受到限制的。 頻寬決定距離解析度 140GHz方案來勢洶洶 值得注意的是,毫米波雷達感測器的距離解析度(Range Resolution)效能與使用頻段的頻寬大小息息相關,頻率愈高頻寬也相對較大,意味著感測器距離解析度愈好,因此目前已有業者推出採用120GHz頻段的毫米波雷達感測器,而imec此次所發表的140GHz毫米波雷達系統單晶片,則是另一突破性的技術進展。 以60GHz頻段來說,根據德州儀器所提供的產品資料顯示,頻寬上看4GHz,因此基於該頻段的雷達感測器距離解析度可達3.75公分;而根據imec的規格表來看,140GHz頻段的頻寬可高達10GHz,距離解析度則可到1.5公分等級(表1),而距離解析度愈小代表雷達感測後所能獲得的點雲圖資料(Point-cloud Data)可以更密,進而達到更精準的判斷效能。 imec研發團隊負責人Andy Dewilde說明,imec長久以來在CMOS技術的開發與多天線整合設計上擁有相當厚實的能力與經驗,因此能在一個外觀尺寸只有幾平方公分的完整MIMO雷達系統下,實現1.5公分的精準解析度。而更好的距離解析度性能,可開啟更多新的應用機會,這是該公司140GHz雷達系統單晶片重要的差異化特色之一。 Dewilde進一步談到,使用140GHz頻段的另一個明顯好處是,電磁波波長更小,僅2.1毫米,換言之,天線也就可以做得很小,因而imec僅透過28奈米Bulk CMOS製程技術,即可將天線直接整合至單晶片中,毋須使用昂貴的天線模組或外部天線,達到更高整合度與小尺寸設計,且未來也可輕易藉由大量量產來達到降低成本目標。 不僅如此,高頻毫米波波長小的特性,也可偵測到更小的位移變異,如細微的臉部表情變化與皮膚運動,能顯著提升位移靈敏度,有助於生命體徵偵測等應用,因此該雷達是實現車內生命體徵監測系統極佳的方案,可促成非接觸式駕駛狀況追蹤,例如偵測駕駛有沒有打瞌睡、壓力狀況是否異常,或者預防因急性健康危害如心臟疾病或癲癇發作。另一個可能應用,是利用動作和生命體徵偵測來監測小孩狀況,例如當兒童不小心被留在車內時發出警報,即使當下是嬰兒蓋著毯子睡覺,該雷達感測器也可發揮作用。 結合MIMO/機器學習 打造直覺人機互動體驗 除了140GHz高頻毫米波頻段所帶來的技術優勢外,imec也在該款雷達晶片中,加入MIMO多天線配置與機器學習能力,從而打造直覺簡單的人機互動介面。 以手勢辨識來說,其需要最小角度解析度以便能在三度空間中擷取手勢,而提升角度解析度的一個巧妙方式,是使用多顆收發器晶片的MIMO雷達原理。Dewilde說明,MIMO是為了手勢辨識而設置,藉此可達到更精確的角度解析,以正確解讀目標物相對於雷達的方向。而訊號處理與機器學習技術亦是用來偵測和分類手勢動作,從而實現直覺式人機互動。 事實上,imec已開發出一種特定的機器學習演算法,是基於一個包含長短期記憶模型(LSTM)層的多層神經網路,並透過監督式學習方式,亦即使用超過25人的內部標籤記錄(包括針對7種不同手勢的幾次擷取記錄),來訓練推論模型。實驗結果顯示,該模型可對記錄的7種手勢進行分類,且94%的時間可正確預測手勢。 imec荷蘭雷達專案研發經理Barend van Liempd指出,藉由加入機器學習能力,imec已證明雷達基於都卜勒(Doppler)訊息來偵測和分類細微動作的可行性,這將開啟新的應用機會,如實現直覺的手勢辨識人機互動。以擴增實境/虛擬實境(AR/VR)應用來說,新的雷達方案就可支援與虛擬物件的直覺式互動,手勢辨識還可以實現直覺的裝置控制,與現今語音控制或智慧觸控螢幕的人機介面相輔相成。 據了解,imec所研發的140GHz雷達晶片方案主要適用於室內的應用,操作範圍可達10公尺,且尺寸極為小巧,單一晶片大小僅1.5×4.5mm(圖1),可在幾乎各種裝置中被無形地整合,諸如筆電、智慧手機或螢幕邊框。 圖1 imec所研發的140GHz雷達單晶片尺寸僅1.45mm×4.52mm 圖片來源:imec imec表示,該款雷達晶片初期將用於智慧建築的人員偵測和分類、遠端汽車駕駛生命跡象監測,以及手勢辨識等應用;而更多的創新應用預期將隨著開發者的創意不斷湧現。 邁向更高整合/增強感測性能 目前imec的140GHz雷達開放創新研發合作計畫,主要係由Panasonic和Sony所支持,對該項研究有興趣的公司也可加入這項合作計畫,或另外的雙邊研發計畫,或者取得該技術功能區塊的授權。 為了增加感測數據的豐富性和空間資訊,imec已著手開發下一代採用4×4的MIMO雷達系統,以及新的雷達晶片(將採用Tx和Rx是分離的兩顆獨立晶片的設計)。這將使MIMO陣列元件在可用電路板區域的分布更有彈性。同時他們也將探索獨立的雷達晶片功能能否被增加,以實現擁有更大晶片陣列的MIMO系統。 Dewilde指出,此次在Future Summits展出的140GHz雷達系統原型(圖2),採用的是2×2 MIMO設計,所以只能做一個方向的角度偵測,下一個系統,會使用新版晶片,預計研發4×4 MIMO,有更多天線,以達到3D偵測。 圖2 imec研發團隊負責人Andy Dewilde利用imec 140GHz雷達系統原型,展示手勢辨識應用。 毫米波雷達感測有可為 與其他類型的動作感測技術相比,例如基於飛時測距(Time-of-flight,...
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手勢/心跳皆可偵測 140GHz MIMO雷達超有感

比利時奈米電子和數位科技研究與創新中心imec,發布以28奈米CMOS技術打造的140GHz MIMO雷達單晶片,能在兼顧小尺寸、低成本、低功耗前提下,實現更高解析度與靈敏度,可望進一步擴展毫米波雷達在手勢辨識、生命體徵監測與細微運動偵測等領域的應用版圖。 隨著5G與自駕車發展日益升溫,毫米波技術的應用潛力逐漸受到產業界重視,相關研發活動與投資也不斷增加,除了聚焦在5G高頻通訊與汽車駕駛輔助系統(ADAS)的雷達應用外,利用毫米波雷達實現更多元的感測應用,亦是另一個重要發展方向。 針對非汽車ADAS的雷達感測應用,目前市場上以60GHz毫米波雷達方案為主,而imec此次所發表的140GHz毫米波雷達單晶片,則是另一突破性的技術進展。 imec研發團隊負責人Andy Dewilde說明,imec長久以來在CMOS技術的開發與多天線整合設計上擁有相當厚實的能力與經驗,因此能在一個外觀尺寸只有幾平方公分的完整MIMO雷達系統下,實現1.5公分的精準解析度。而更好的距離解析度性能,可開啟更多新的應用機會,這是該公司140GHz雷達系統單晶片重要的差異化特色之一。 Dewilde進一步談到,使用140GHz頻段的另一個明顯好處是,電磁波波長更小,僅2.1毫米,換言之,天線也就可以做得很小,因而imec僅透過28奈米Bulk CMOS製程技術,即可將天線直接整合至單晶片中,毋須使用昂貴的天線模組或外部天線,達到更高整合度與小尺寸設計,且未來也可輕易藉由大量量產來達到降低成本目標。 不僅如此,高頻毫米波波長小的特性,也可偵測到更小的位移變異,如細微的臉部表情變化與皮膚運動,能顯著提升位移靈敏度,有助於生命體徵偵測等應用,因此該雷達是實現車內生命體徵監測系統極佳的方案,可促成非接觸式駕駛狀況追蹤,例如偵測駕駛有沒有打瞌睡、壓力狀況是否異常,或者預防因急性健康危害如心臟疾病或癲癇發作。另一個可能應用,是利用動作和生命體徵偵測來監測小孩狀況,例如當兒童不小心被留在車內時發出警報,即使當下是嬰兒蓋著毯子睡覺,該雷達感測器也可發揮作用。 除了140GHz高頻毫米波頻段所帶來的技術優勢外,imec也在該款雷達晶片中,加入MIMO多天線配置與機器學習能力,從而打造直覺簡單的人機互動介面。imec荷蘭雷達專案研發經理Barend van Liempd指出,藉由加入機器學習能力,imec已證明雷達基於都卜勒(Doppler)訊息來偵測和分類細微動作的可行性,這將開啟新的應用機會,如實現直覺的手勢辨識人機互動。以擴增實境/虛擬實境(AR/VR)應用來說,新的雷達方案就可支援與虛擬物件的直覺式互動,手勢辨識還可以實現直覺的裝置控制,與現今語音控制或智慧觸控螢幕的人機介面相輔相成。 據了解,imec所研發的140GHz雷達晶片方案主要適用於室內的應用,操作範圍可達10公尺,且尺寸極為小巧,單一晶片大小僅1.5x4.5mm,可在幾乎各種裝置中被無形地整合,諸如筆電、智慧手機或螢幕邊框。 為了增加數據的豐富性和空間資訊,imec已著手開發下一代採用4x4的MIMO雷達系統,以及新的雷達晶片。Dewilde指出,目前的140GHz雷達系統原型,採用的是2x2 MIMO設計,所以只能做一個方向的角度偵測,下一個系統,會使用新版晶片,預計研發4x4 MIMO,有更多天線,以達到3D偵測。 imec研發團隊負責人Andy Dewilde利用imec 140GHz雷達系統原型,展示手勢辨識應用。  
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車用雷達市場2025年上看86億美元

在未來幾年,自動駕駛將成為現實。為了實現這一創新,已經開發了許多技術來為駕駛和乘客提供功能和安全性。在視覺技術中,雷達系統是最成熟和最安全的技術。ADAS在汽車產業已經建立了良好的基礎,其中包括AEB在2018年成為福斯汽車、豐田、日產、本田、馬自達和現代等OEM等眾多中階汽車的標準配置。由於與環境感知相關的複雜性(例如,穿過街道的行人),出於安全目的,雷達性能不斷得到改善,這已被證明對自動駕駛有益。 目前的ADAS市場由Continental、Bosch、Denso和Hella主導。同時,AD市場吸引了新的參與者和新創公司:Magna推出了4D高解析度模組、日立汽車宣布推出有史以來最小的遠距雷達、阿爾卑斯電氣的超短距雷達在通用汽車的Cruise AD平台中得到了應用,至少有15家新創公司正在為高解析度雷達提出新方法。 根據研究機構Yole Développement(Yole)研究指出,預計到2025年雷達市場將達到86億美元,2015~2025年複合成長率為15.6%。24GHz雷達是2018年市場的主流,市場規模約22億美元,並將在2020年之前略微成長,因為像BSM這樣的功能在被79GHz高解析度短距離雷達取代之前可以映射整個汽車的周圍環境。  
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布局自駕車市場 IDT/Steradian攜手打造4D毫米波雷達

汽車雷達需求持續攀升,Integrated Device Technology(IDT)近期宣布與Steradian Semiconductor建立戰略合作夥伴關係,共同為自動駕駛汽車市場,以及新興的工業、安全與醫療應用提供超高解析度的4D毫米波影像雷達(4D mmWave imaging RADAR),4D毫米波雷達可以測量物體的距離、高度、深度和速度。 Steradian Semiconductor為一家總部位於印度的半導體公司,由擁有數十年設計蜂窩/射頻和微波收發器IC經驗的行業專家創建,該公司的獨特IP將使IDT能提供高度差異化的「SenseVerse」系列RADAR收發器IC。 IDT全球營運副總裁暨技術長Sailesh Chittipeddi表示,該公司基於毫米波技術的新款影像雷達架構,將成為自動駕駛在各種氣候、環境下仍能可靠自主運行的關鍵;SenseVerse RADAR系列將為視覺與感測增添新的效能,讓自動駕駛、工業4.0等需要高分辨率解決方案的終端市場產生全新變革。 據悉,與Steradian Semiconductor合作研發的SenseVerse SVR4410 IC,為多通道高解析度MIMO雷達設備,其工作頻段為76~81GHz,具有更高的抗干擾性能與更高的通道數量。另外,憑藉整合波束成形和支援多設備聚合(Multi-device Aggregation),該產品擁有更小的外型、更佳的角度解析度/範圍,以及更低的功耗。 同時,兩家公司也正合作開發一系列高整合度產品以滿足市場需求,像是提供整合天線、SVR收發器(SVR Transceiver)、雷達處理IC或DSP演算法(DSP Algorithms)的雷達模組。 Steradian Semiconductor執行長Gireesh Rajendran指出,IDT的SenseVerse雷達系列提供全天候的高解析度感測,再結合該公司於RF領域的專業知識,將為自動駕駛、工業等廣泛的應用領域提供更高的價值。
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