什么是用于ADAS/AD系统的雷达？
～利用无线电波来辅助自动驾驶～
2023-06-23
雷达（Radar）是ADAS（高级驾驶辅助系统）和AD（自动驾驶）系统的不可或缺的感测技术之一。雷达是一种利用电波来检测车辆周围的物体和障碍物的技术。我们将在本消息中就用于ADAS/AD系统的雷达进行解说，同时就构成雷达系统的电子零部件的产品阵容进行介绍。
什么是用于ADAS/AD系统的雷达？
ADAS和AD是辅助驾驶员安全驾驶并减轻其负担的系统。雷达属于该技术之一，它使用毫米波频段的电波来测量与对象物间的距离并用于感测周围环境。车载雷达上主要使用24GHz、77GHz、79GHz的频段，但预计今后为提高检测分辨率，还会增加79GHz频段的雷达。
ADAS／AD系统中，除了雷达之外，还使用摄像头和LiDAR（Light Detection and Ranging 光检测和测距）等技术。通过整合这些传感器信息，可以更准确地识别周围环境，辅助安全驾驶。通过将具有不同特性的传感器组合起来，可以互相补充各个传感器在不擅长的环境下的性能下降，为提高支持各种环境条件的整个系统的性能做出贡献。
譬如，摄像头非常擅长识别颜色和形状，但它在远距离的对象物和恶劣天气下的检测中能力受到限制。LiDAR可以高分辨率捕捉物体的3D形状，但在恶劣天气下其检测性能会下降。另一方面，雷达即使在恶劣天气下也可以检测到对象物，但无法获取形状和颜色信息。因此，雷达通常与其他感测技术组合使用。
测量和物体识别方法
雷达的测量和物体识别的原理如下：
＜距离测量＞
距离是通过向目标发射（辐射）电波并接收来自物体的反射波来测量的。它测量电波从发射到接收的时间，并计算与物体间的距离。
＜物体识别＞
使用电波发射时的坐标和距离测量结果来识别物体。此时，进行点云成像，并确定物体的形状和位置。但是，雷达的分辨率相对较低，因此无法判定物体的种类（人、汽车、建筑物等）。在希望更加详细地识别物体时，可以增加频率来提高分辨率。
关于市场和设备的趋势
由于自动驾驶汽车数量的增加、自动驾驶水平的提高以及自动刹闸的强制化等，预计雷达的安装数量将会增加。如果增大毫米波的频率，雷达的物体识别精度（分辨率）则会提高，但必须注意数据处理量的增加。今后要求构成雷达的电子零部件具备的功能和性能包括“高功率”、“高耐热化”和“小型化/轻量化”。各自的要件如下：
●高功率化
如果数据的处理量因高分辨率化而增加，主CPU等半导体的功耗也会增加，因此高功率化不可或缺。
●高耐热化
随着电子零部件小型化的日益进展，单位面积的热将会增加。通过具备耐热性，可以防止由于零部件本身产生的热、和从周围零部件吸收的热而导致的劣化。
●小型化／轻量化化
除了上述课题外，还需要缩小电子零部件的尺寸。
关于雷达系统的电路配置
总体配置
雷达系统由下述零部件构成。图1示出系统配置。
- 高频无线电路：进行无线毫米波的收发
- 天线：用于电波的收发。发送侧通常会使用功率放大器来放大信号
- MCU（微型计算机）：向外部ECU发出控制指令
- 收发器：用来与外部进行通信的元器件或者电路（CAN通信）
- DC/DC转换器：将电池提供的电压转换为每个电子零部件或电路所需的电压
个别电路及构成零部件
DC/DC转换器
在DC/DC转换器电路中，为了去除输入部的噪声和使得输出部平滑，通常使用导电性聚合物混合铝电解电容器，为了进行电压转换，通常使用车载用功率电感器，为了进行电压测量，通常使用芯片电阻器（高精度芯片电阻器）。
噪声去除、开关和平滑 ―― 导电性聚合物混合铝电解电容器
POINT- ❶ 藉由大电容、低ESR和高纹波性能，为电路的小型化和高功率化（低电压和大电流）做出贡献
- ❷ 支持高频电容特性，为宽带和高频去除电路的高频开关化中产生的噪声做出贡献
电压转换 ―― 车载用功率电感器
POINT- ❶ 藉由金属磁性材料的低损耗和大电流性能，为电路的小型化和大功率化（低电压和大电流）做出贡献
- ❷ 損藉由损耗特性的高频化（低ACR），为在电路的高频开关化中抑制损耗做出贡献
收发器 I/F
如图3中所示，在收发器电路中使用两根线与外部设备（CAN、Ethernet等）进行通信。这里必须注意的是静电和噪声。这是因为如果静电或噪声从通信线路进入，在最坏的情况下会导致电子零部件的故障。通常由用于静电预防措施的片式压敏电阻器和ESD抑制器构成。
小结
雷达是识别物体并测量到对象物的距离的重要系统。随着自动驾驶汽车数量的增加和自动驾驶水平的提高，今后雷达的安装数量将会增加。
为了提高雷达的物体识别精度，需要增大毫米波的频率来提高分辨率。为此，我们必须注意由于数据处理量的增加而导致电子零部件损耗的增加。今后，人们将会对车载电子零部件提出“大电流”、“低损耗”、“高频”、“小型”的要求。松下机电株式会社备有面向雷达的广泛的产品阵容（表1）。
| 零部件 | 特点 | 大电流 | 低损耗 | 高频 | 小型化 | 高精度 |
|---|---|---|---|---|---|---|
导电性聚合物混合铝电解电容器 |
低ESR 高可靠性 |
✔ | ✔ | ✔ | ✔ | |
车载用功率电感器  |
大电流、低损耗 高可靠性 |
✔ | ✔ | ✔ | ✔ | |
芯片电阻（高精度芯片电阻器）  |
芯高精度、高耐热 | ✔ | ✔ | |||
片式压敏电阻器 |
小型/轻量化 | ✔ | ||||
ESD抑制器 |
低静电电容 超高速数据 I/F I/F |
✔ | ✔ |
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本资料中，我们将介绍用于ADAS/AD系统的雷达，并对构成雷达系统的电子零部件产品阵容进行说明。
