現(xiàn)在正是讓雷達(dá)平臺(tái)回歸模擬的時(shí)候了!新創(chuàng)公司Matawave認(rèn)為“我們?nèi)匀淮嬖谟谀M世界，汽車也是如此”。該公司期望透過(guò)高性能的模擬雷達(dá)平臺(tái)改變傳統(tǒng)雷達(dá)的限制...

為了在高度自動(dòng)化的車輛中增加對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界的情境意識(shí)，許多汽車制造商開(kāi)始接受在每個(gè)機(jī)箱周遭布署各種感測(cè)器類型的必要性。然而，他們并未考慮到的是這些感測(cè)器的品質(zhì)。例如，當(dāng)今的視覺(jué)、光達(dá)(LiDar)與雷達(dá)感測(cè)器的性能如何?車用感測(cè)器需要具備哪些要求?

Metawave是今年初才從Xerox PARC研究中心獨(dú)立而出的新創(chuàng)公司，但有信心能改變汽車產(chǎn)業(yè)所認(rèn)定的“傳統(tǒng)雷達(dá)限制”。目前，車用雷達(dá)“看”不到遙遠(yuǎn)的物體，也無(wú)法辨別所看到的東西。其處理速度還不足以因應(yīng)在高速公路行駛時(shí)運(yùn)作。

簡(jiǎn)言之，攝影機(jī)或光達(dá)都能看到的物體，當(dāng)今的車用雷達(dá)不一定都能看到。它唯一可取之處在于能在全天候的情況下運(yùn)作。

Metawave在今年一月成立，憑藉著從PARC獲得的專有授權(quán)為超材料雷達(dá)與天線進(jìn)行商用化，目前正大力宣傳其“全雷達(dá)封裝”技術(shù)。Metawave計(jì)劃在2018年1月的國(guó)際消費(fèi)電子展(CES)上展示這款原型。

超材料是布署于印刷電路板(PCE) 上的小型軟體控制工程結(jié)構(gòu)。據(jù)該公司指稱能以從前僅限于軍用系統(tǒng)(較強(qiáng)大且昂貴)的方式導(dǎo)引電磁波束。

然而，Metawave并未把當(dāng)今車用感測(cè)器的問(wèn)題歸咎于雷達(dá)晶片——主要是由恩智浦(NXP)、英飛凌(Infineon)或德州儀器(Texas Instruments;TI)等供應(yīng)商所設(shè)計(jì)。事實(shí)上，Metawave的全雷達(dá)封裝并不受特定雷達(dá)晶片限制。相反地，該新創(chuàng)公司認(rèn)為問(wèn)題出在雷達(dá)感測(cè)器(包括天線)中的波束成形技術(shù)，導(dǎo)致了解析度與速度方面的問(wèn)題。

回歸模擬

Matawave執(zhí)行長(zhǎng)Maha Achour認(rèn)為，現(xiàn)在正是業(yè)界讓“雷達(dá)平臺(tái)回歸模擬”的時(shí)候了。她強(qiáng)調(diào)，“我們?nèi)匀淮嬖谟谀M世界，汽車也是如此。因此，Metawave計(jì)劃打造一個(gè)可負(fù)擔(dān)的高性能模擬雷達(dá)平臺(tái)，而不至于面對(duì)像軍事級(jí)操作時(shí)的復(fù)雜度和成本。”

Metawave的模擬雷達(dá)技術(shù)基于電子轉(zhuǎn)向控制天線。它采用具有雙埠的單根天線，一端連接到發(fā)射器(Tx)或接收器(Rx)鏈路，另一端連接到微控制器(MCU)。該MCU透過(guò)使用查找表(LUT)定義和控制天線波束寬度與方向，從而使Metawave的模擬雷達(dá)得以實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)的速度掃描。

Achour聲稱，Metawave利用單一天線設(shè)計(jì)出新的模擬雷達(dá)，能以水平和垂直方向引導(dǎo)和形成光束，并從更寬的視野調(diào)整光束到非常窄的圓錐角度——低至1度。Achour說(shuō)：“我們能以非?？斓乃俣葘?shí)現(xiàn)——微秒級(jí)的速度掃描。”

但是，Metawave的模擬雷達(dá)如何與現(xiàn)在廣泛用于車輛中的數(shù)位雷達(dá)進(jìn)行比較?

基于數(shù)位波束成形(DBF)技術(shù)的雷達(dá)需要天線陣列，用于聚焦發(fā)射器以特定方向發(fā)射的電磁訊號(hào)，并將其轉(zhuǎn)向其他方向。然后，接收器再?gòu)奈锛X取返回訊號(hào)，并以數(shù)位方式進(jìn)行處理，最終形成場(chǎng)景的影像。

為了實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，Achour解釋，數(shù)位雷達(dá)必須“為每根天線注入不同的相位延遲，使波束在同一方向聚攏，并沿著其他方向擴(kuò)展。”

DBF的缺陷在于相位延遲。運(yùn)算需要復(fù)雜且冗長(zhǎng)的數(shù)位訊號(hào)處理。Achour指出：“這種密集的訊號(hào)處理導(dǎo)致極慢的反應(yīng)速度(在轉(zhuǎn)向光束時(shí)為毫秒延遲)和較差的“集體”輻射模式，因?yàn)楣馐晦D(zhuǎn)向遠(yuǎn)離天線準(zhǔn)線(零度角)。

目前用于車輛中的數(shù)位雷達(dá)感測(cè)器采用數(shù)位波束成形技術(shù)，并透過(guò)復(fù)雜且冗長(zhǎng)的數(shù)位訊號(hào)處理來(lái)計(jì)算相位延遲(即圖中的權(quán)重—wi)。天線具有靜電輻射，而且有賴于于數(shù)位權(quán)重以形成和轉(zhuǎn)向控制光束

因此，她說(shuō)：“這些傳統(tǒng)雷達(dá)由于控制不好主瓣和旁瓣，因而無(wú)法在長(zhǎng)距離時(shí)以廣角觀察。”

對(duì)遠(yuǎn)端物體作出決定

目前與Metawave共同合作的顧問(wèn)兼投資人Drue Freeman表示，“針對(duì)自動(dòng)駕駛車輛，我認(rèn)為架構(gòu)師必須解決的最大問(wèn)題之一就是能夠?qū)h(yuǎn)離車輛的物體做出決定。”否則，自動(dòng)化車輛的最高速度將會(huì)受到限制，F(xiàn)reeman指出。

Freeman說(shuō)：“今日的雷達(dá)解決方案即使采用了最佳的數(shù)位波束成形技術(shù)，或許能可靠地看到車子前方200公尺處的距離，也能偵測(cè)到有『東西』在那里，但他們沒(méi)法辨識(shí)那是什么。”

而現(xiàn)實(shí)情況是DBF不是支援高解析度就是高訊雜訊比(SNR)，并非二者兼具。

超材料

Metawave聲稱其目標(biāo)在于提供類似于用于追蹤導(dǎo)彈的高性能雷達(dá)，但又不至于產(chǎn)生像軍事應(yīng)用所需要的成本、復(fù)雜度和功耗。Achour說(shuō)，Metawave的模擬雷達(dá)“模擬了相位陣列”，就像軍用天線一樣。但該新創(chuàng)公司能在無(wú)需仰賴軍事應(yīng)用部署的移相器下實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，因?yàn)樗昧俗约业某牧稀?/p>

Metawave的超材料頻率自適應(yīng)轉(zhuǎn)向技術(shù)

Freeman坦承：“Metawave讓人感到振奮的是其基于超材料的模擬波束成形技術(shù)，讓他們能精確地控制雷達(dá)波束，實(shí)現(xiàn)更快的操作速度以及更好的SNR，而不至于犧牲解析度。”