毫米波雷達(dá)是工作在毫米波波段探測(cè)的雷達(dá)，產(chǎn)生于國(guó)外，經(jīng)過(guò)十年發(fā)展，在2013年進(jìn)入中國(guó)。相關(guān)數(shù)據(jù)分析，截止2023年6月，國(guó)內(nèi)毫米波雷達(dá)核心環(huán)節(jié)企業(yè)增加到263家，相較2019年新增66家。目前，隨著智能化演進(jìn)，該產(chǎn)業(yè)也迎來(lái)了蓬勃發(fā)展的新階段。

關(guān)于毫米雷達(dá)領(lǐng)域有什么最新進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)？近期鈦資本邀請(qǐng)到盧煜旻博士來(lái)進(jìn)行分享，主題是：毫米波雷達(dá)領(lǐng)域進(jìn)展分享。盧博士是復(fù)旦大學(xué)材料系學(xué)士，密西根大學(xué)電子工程系博士學(xué)位，在半導(dǎo)體、射頻及微波集成電路領(lǐng)域擁有20 年以上豐富的產(chǎn)品開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，曾任美國(guó)恩智浦半導(dǎo)體公司波士頓新產(chǎn)品中心主任工程師，是射頻芯片產(chǎn)品的開發(fā)的主要負(fù)責(zé)人，目前擔(dān)任矽杰微電子 (廈門) 有限公司和浙江芯力微電子股份有限公司的董事長(zhǎng)兼總經(jīng)理，致力于研發(fā)全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的毫米波雷達(dá)芯片。本期分享主持人是鈦資本董事總經(jīng)理朱玉韜先生，他長(zhǎng)期關(guān)注半導(dǎo)體、智能汽車、先進(jìn)制造等相關(guān)硬科技領(lǐng)域，擁有商業(yè)和技術(shù)的復(fù)合理解能力，市場(chǎng)及銷售管理能力。以下為分享實(shí)錄：

雷達(dá)原理

雷達(dá)本身的工作原理并不復(fù)雜，原則上，發(fā)射機(jī)發(fā)射特定制式的電磁波到目標(biāo)，當(dāng)電磁波反射回來(lái)時(shí)，通過(guò)分析回波，我們可以獲取目標(biāo)的距離、速度和角度信息。電磁波需要進(jìn)行一定的調(diào)制，而根據(jù)不同的調(diào)制方式，毫米波雷達(dá)大致有幾種不同的制式。

一是大家熟悉的FMCW頻率可調(diào)的連續(xù)波雷達(dá)。FMCW雷達(dá)發(fā)射的是一個(gè)頻率線性變化的電磁波。由于發(fā)射波和接收波在時(shí)間上存在差異，形成頻率上的差異。通過(guò)測(cè)量這個(gè)頻率差異，我們可以計(jì)算飛行時(shí)間。

二是脈沖雷達(dá)。顧名思義，發(fā)射的是脈沖。發(fā)射后，在接收機(jī)端，我們?cè)谝幌盗袝r(shí)間延遲上檢查接收情況，從而計(jì)算飛行時(shí)間。

三是PNCW，即相位可調(diào)的連續(xù)波雷達(dá)。PNCW雷達(dá)與GPS的工作原理相似，都利用偽隨機(jī)噪聲碼。PRN碼具有一個(gè)重要特點(diǎn)，即對(duì)所有時(shí)間延遲的自相關(guān)值為零，只有精確對(duì)齊才會(huì)產(chǎn)生一個(gè)。PMCW雷達(dá)利用這個(gè)特點(diǎn)確定飛行時(shí)間，從而計(jì)算距離。雷達(dá)下游廠商選擇使用哪種雷達(dá)制式，很大程度上受到芯片能夠支持的限制。目前市面上更常見的是支持FMCW的芯片，因此FMCW雷達(dá)在行業(yè)中比較普遍。

毫米波雷達(dá)傳感器

前面提到，雷達(dá)獲取目標(biāo)的速度、距離和角度三個(gè)信息。速度信息是通過(guò)計(jì)算電磁波的多普勒頻移特性來(lái)獲??；距離是通過(guò)電磁波的飛行時(shí)間獲得；角度信息則是通過(guò)天線的相位差來(lái)獲取，包括水平面和俯仰角度。雷達(dá)的分辨率對(duì)于其性能至關(guān)重要。分辨率和精度是兩個(gè)不同的概念，精度與測(cè)量誤差和噪聲相關(guān)，通?？梢酝ㄟ^(guò)信號(hào)處理提高。分辨率則是雷達(dá)能夠成功區(qū)分兩個(gè)物體的最小量，一般無(wú)法通過(guò)后端信號(hào)處理提高。提高速度分辨率，必須增加測(cè)量時(shí)間。提高距離分辨率需要增加信號(hào)帶寬。提高角度分辨率通常需要增加天線數(shù)量，這與后面將提到的四維雷達(dá)相關(guān)?，F(xiàn)代雷達(dá)，其關(guān)鍵核心元器件包括天線、收發(fā)機(jī)和計(jì)算單元。

天線是雷達(dá)中非常重要的組成部分。大多數(shù)汽車?yán)走_(dá)，包括目前在工業(yè)和消費(fèi)端使用的雷達(dá)，通常采用微帶陣列天線。微帶陣列天線的優(yōu)勢(shì)是成本較低，而且非常容易生產(chǎn)，基本上與PCB生產(chǎn)放在一起。但隨著雷達(dá)天線通道數(shù)量的增加，微帶陣列天線在性能、隔離度和空間布局方面存在一定的局限。目前行業(yè)正在重新評(píng)估更為傳統(tǒng)的波導(dǎo)天線在汽車?yán)走_(dá)上的應(yīng)用。在這里，列出了兩種常見的波導(dǎo)天線，包括波導(dǎo)的腔體天線和波導(dǎo)縫隙天線。隨著三維打印等新型生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，我們有望在下一代汽車?yán)走_(dá)中看到這兩種波導(dǎo)天線的應(yīng)用。

天線設(shè)計(jì)是一個(gè)非常細(xì)分的領(lǐng)域，有較高的設(shè)計(jì)門檻。如果我們能夠?qū)⑻炀€集成到芯片中，顯然可以簡(jiǎn)化下游的一些應(yīng)用。隨著半導(dǎo)體封裝工藝的發(fā)展，毫米波雷達(dá)芯片的AIP封裝技術(shù)也有了顯著的提升。矽杰微在24GHz的芯片上也有我們的AIP芯片，集成了一個(gè)發(fā)射天線和一個(gè)接收天線。今年的CES上，出現(xiàn)的LOP技術(shù)結(jié)合了AIP封裝和波導(dǎo)天線，波導(dǎo)天線可以直接安裝在AIP封裝上。利用波導(dǎo)天線的性能優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了AIP在增益方面的不足。

4D雷達(dá)可能是最近毫米波雷達(dá)領(lǐng)域最熱門的話題。4D指的是雷達(dá)獲取的目標(biāo)信息，包括距離、速度、水平面角度和俯仰面角度，共有四個(gè)維度的信息。如果將毫米波雷達(dá)與其他感知技術(shù)進(jìn)行比較，如激光和攝像頭，可以看到毫米波雷達(dá)有一個(gè)局限，即空間分辨率有限，這限制了雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的識(shí)別能力。為了提高角度分辨率，我們可以增加天線數(shù)量。天線越多，雷達(dá)的角度分辨率就會(huì)越好。

在目前的雷達(dá)系統(tǒng)中，從整個(gè)前端的信號(hào)接收到FFT的處理，再到最終目標(biāo)的識(shí)別、分類和跟蹤，這些過(guò)程都是在傳感器端進(jìn)行的。

分布式或衛(wèi)星雷達(dá)的概念是將大部分信號(hào)處理和目標(biāo)識(shí)別交給中央處理器處理。這樣可以充分利用整個(gè)中央處理器的算力和計(jì)算資源。通過(guò)更高的算力和更多的軟件處理，可以解決毫米波雷達(dá)在復(fù)雜場(chǎng)景和多目標(biāo)情況下的穩(wěn)定檢測(cè)等方面的問(wèn)題。當(dāng)然，同時(shí)也能夠解決4D雷達(dá)帶來(lái)的更多數(shù)據(jù)和對(duì)更高算力的要求。在今年的CES上，包括TI和NXP都推出了適用于衛(wèi)星雷達(dá)的芯片產(chǎn)品。

從獨(dú)立功能的雷達(dá)到分布式雷達(dá)和集成的域控制器架構(gòu)，這些產(chǎn)品對(duì)整個(gè)多傳感器融合也會(huì)帶來(lái)額外的幫助。因?yàn)槌撕撩撞ɡ走_(dá)的信號(hào)外，域控制器還可以處理其他傳感器的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)更多傳感器的融合處理。當(dāng)然，這樣的架構(gòu)需要在域控制器和雷達(dá)前端之間有一個(gè)高速的數(shù)據(jù)傳輸能力，包括高速以太網(wǎng)或其他更高速的連接協(xié)議。同時(shí)，還需要在車上分布的不同雷達(dá)之間實(shí)現(xiàn)LO源、時(shí)鐘、控制信號(hào)等的同步。所有這些工作都需要整個(gè)行業(yè)上下游的通力合作：從雷達(dá)芯片到域控制器的協(xié)同解決。

最后關(guān)于算法的部分。傳統(tǒng)雷達(dá)的算法是對(duì)接收機(jī)的中頻信號(hào)進(jìn)行濾波，然后進(jìn)行三維FFT處理，從而獲取目標(biāo)的信息。這種處理方法屬于我們稱之為經(jīng)典的程序設(shè)計(jì)，即按照規(guī)則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以獲得答案。而機(jī)器學(xué)習(xí)則是在已經(jīng)有了數(shù)據(jù)和答案的情況下，通過(guò)學(xué)習(xí)彼此之間的因果關(guān)系，找到相應(yīng)的識(shí)別規(guī)則。將學(xué)習(xí)獲得的新規(guī)則應(yīng)用到新的數(shù)據(jù)時(shí)，就能更迅速、更智能地獲得答案。

基于矽杰微的RKB2401，我們構(gòu)建了一個(gè)初步的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)。當(dāng)然，在攝像頭和圖像識(shí)別領(lǐng)域，機(jī)器學(xué)習(xí)已經(jīng)取得了相當(dāng)多的進(jìn)展。在毫米波雷達(dá)領(lǐng)域，這只是剛剛開始，還有很多工作要做。當(dāng)然，如果更多的機(jī)器學(xué)習(xí)方法進(jìn)入毫米波雷達(dá)領(lǐng)域，我們也可以預(yù)見對(duì)算力和計(jì)算資源的需求將更高。

前面針對(duì)毫米波雷達(dá)領(lǐng)域的天線、封裝架構(gòu)以及算法的進(jìn)展，我做了一些初步的分析。實(shí)際上，人們對(duì)雷達(dá)芯片的半導(dǎo)體工藝也非常關(guān)注。

半導(dǎo)體工藝包含硅基的CMOS工藝、鍺硅的HBT工藝、以及三五族化合物的HBT和氮化鎵工藝。對(duì)于這三類半導(dǎo)體工藝，CMOS的優(yōu)勢(shì)在于集成度，它可以實(shí)現(xiàn)非常大規(guī)模的集成。CMOS是非常適合數(shù)字芯片的。化合物半導(dǎo)體在性能上有優(yōu)勢(shì)，適用于高性能的模擬芯片，具有高速度和高功率。而鍺硅工藝介于兩者之間，更適合開發(fā)我們稱之為"MMIC"的芯片。?

智能生活對(duì)環(huán)境感知的需求

可以說(shuō)，雷達(dá)從最初作為一種軍用技術(shù)，逐漸發(fā)展成為今天不可或缺、非常重要的一種環(huán)境感知傳感器。其應(yīng)用場(chǎng)景并不僅僅局限于汽車領(lǐng)域，還包括工業(yè)、交通、安防、無(wú)人機(jī)、樓宇等領(lǐng)域。

今年的CES展覽中，人工智能幾乎出現(xiàn)在衣食住行的每個(gè)領(lǐng)域，對(duì)整個(gè)傳感器行業(yè)而言，這是一個(gè)利好的消息，因?yàn)樗械娜斯ぶ悄苡布紫刃枰獋鞲衅骱透兄δ堋?/p>

汽車是我們相對(duì)熟悉的應(yīng)用場(chǎng)景之一。汽車?yán)走_(dá)在海外20多年前開始發(fā)展。到今天，汽車仍然是毫米波雷達(dá)中最重要的應(yīng)用領(lǐng)域之一，包括角雷達(dá)和前線雷達(dá)，也包括車內(nèi)人員檢測(cè)、車門和后備箱等新的智能感應(yīng)功能。

毫米波雷達(dá)的應(yīng)用領(lǐng)域也擴(kuò)展到停車領(lǐng)域。在這里，雷達(dá)不是安裝在車上，而是安裝在車周邊。根據(jù)不同的安裝位置，我們有不同類型的停車?yán)走_(dá)。安裝在地面的稱為地磁雷達(dá)，配合地磁進(jìn)行檢測(cè)以提高準(zhǔn)確性。而安裝在視頻監(jiān)控上的停車?yán)走_(dá)通過(guò)測(cè)量汽車的距離、靠近和遠(yuǎn)離的速度，來(lái)決定是否觸發(fā)攝像頭進(jìn)行拍照。

車路協(xié)同和智慧交通是另一個(gè)非常重要的毫米波雷達(dá)應(yīng)用場(chǎng)景。在交通領(lǐng)域，用于傳感的傳感器與汽車中非常相似，包括攝像頭、激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)。目前，一體化的雷達(dá)和攝像頭系統(tǒng)在交通領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。通過(guò)雷達(dá)，我們能夠檢測(cè)交通流量、車速等交通信息，并提供諸如智慧公路中的彎道預(yù)警、霧燈感應(yīng)等功能。

無(wú)人機(jī)是近年來(lái)新興的應(yīng)用場(chǎng)景。無(wú)人機(jī)與無(wú)人車非常相似，都需要避障功能。在大型無(wú)人機(jī)上，如農(nóng)業(yè)植保機(jī)和物流機(jī)等，毫米波雷達(dá)和測(cè)高雷達(dá)已經(jīng)成為行業(yè)的標(biāo)配。

在水利領(lǐng)域，毫米波雷達(dá)能夠提供非常高精度的距離測(cè)量能力，特別是對(duì)水位高度的測(cè)量。此外，它還包括對(duì)水流速度等的測(cè)量。矽杰微為客戶提供了全國(guó)產(chǎn)芯片的K波段和W波段產(chǎn)品，能夠?qū)崿F(xiàn)毫米級(jí)別的精度和小于十度角的波束聚集能力。在智能家居場(chǎng)景中，在全屋智能的框架下需要對(duì)人的不同存在狀態(tài)進(jìn)行探測(cè)。這包括大幅度的移動(dòng)，以及對(duì)非常微小的動(dòng)作如呼吸、心跳等生命體征的感知。毫米波雷達(dá)能夠有效地對(duì)不同的人體狀態(tài)進(jìn)行探測(cè)和感知。

家電領(lǐng)域，特別是白電行業(yè)，是國(guó)內(nèi)最早開始嘗試使用毫米波雷達(dá)傳感器的行業(yè)之一。以空調(diào)為例，安裝了毫米波雷達(dá)的空調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)智能送風(fēng)，跟隨人移動(dòng)，無(wú)人時(shí)自動(dòng)關(guān)機(jī)等多種智能功能。在智能家電的應(yīng)用上，雷達(dá)能夠幫助實(shí)現(xiàn)節(jié)能省電，達(dá)到雙碳目標(biāo)。

類似家電產(chǎn)品，衛(wèi)浴產(chǎn)品對(duì)傳感器的可靠性、質(zhì)量和品控等方面要求都很高。毫米波雷達(dá)作為環(huán)境感知傳感器在這方面有很重要的優(yōu)勢(shì)。

毫米波雷達(dá)行業(yè)在中國(guó)雖然起步較晚，但是產(chǎn)業(yè)鏈歷經(jīng)多年發(fā)展相對(duì)成熟，芯片走向成熟化，算法端在近年日益完善，未來(lái)我國(guó)毫米波雷達(dá)具有較大的發(fā)展空間。鈦資本也將繼續(xù)關(guān)注毫米波雷達(dá)技術(shù)投資的重點(diǎn)賽道，并與行業(yè)專家共同探討，傳遞行業(yè)聲音，為投資者提供更具參考價(jià)值的投資信息。