無線電探測與測距（RADAR）系統(tǒng)已經(jīng)在許多應(yīng)用中使用了數(shù)十年，涵蓋從天氣預(yù)測到執(zhí)法的各個領(lǐng)域，汽車領(lǐng)域則在21世紀初開始采用。本文將考察一個典型的汽車應(yīng)用場景及其相應(yīng)的發(fā)展趨勢。

如今，道路上已經(jīng)有數(shù)百萬基于24 GHz的雷達系統(tǒng)在運行，未來還將有更多基于下一代76-81 GHz系統(tǒng)的雷達問世（例如德州儀器的RFCMOS AWRx產(chǎn)品系列）。從宏觀角度來看，雷達系統(tǒng)配置分為圖1所示的終端設(shè)備類別，并進一步根據(jù)其有效范圍（距離）進行細分，分別對應(yīng)從近距離到長距離系統(tǒng)的約1米到400米。

圖1 基于CMOS的雷達配置概覽

隨著有效范圍和所需精度的增加，通常需要額外的處理能力，這在上述基于CMOS的雷達配置概覽（圖1）中通過處理器的出現(xiàn)以及額外雷達（MMIC，即單片微波集成電路）設(shè)備的增加得以體現(xiàn)。與額外處理器相關(guān)的內(nèi)存也顯著提升了系統(tǒng)的內(nèi)存性能，從而進一步增強了系統(tǒng)的能力。

典型的系統(tǒng)是面向前方的中長距離雷達系統(tǒng)，用于在移動車輛的前方路徑中提供檢測和測距。這種自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（Adaptive Cruise Control）會根據(jù)系統(tǒng)所在車輛與前方車輛之間的間距自動調(diào)整車速。此類系統(tǒng)的精度對于在其控制下車輛的安全運行至關(guān)重要。使用多個MMIC和一個處理器可以顯著提高角度分辨率和測距范圍。處理器對來自多個MMIC的流數(shù)據(jù)進行計算，從而增加角度和測距分辨率以及整體檢測距離。

使用多個MMIC設(shè)備和處理器進行進一步下游計算的系統(tǒng)構(gòu)成了級聯(lián)/成像雷達（Cascade / Imaging Radar, CIR）系統(tǒng)。這些可編程系統(tǒng)可以通過在處理器上運行的軟件算法、相關(guān)MMIC的配置以及天線設(shè)計，實現(xiàn)多種類型雷達系統(tǒng)（例如短、中、長距離）的功能。除了這種靈活性之外，這些CIR系統(tǒng)還通過波束成形技術(shù)在長距離場景中擴展范圍和分辨率，并通過多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)在感興趣區(qū)域靠近時提高角度分辨率的程度（見圖2）。這些技術(shù)通過增加檢測距離、測距分辨率以及相對于車輛前方物體的角度分辨率/精度，提高了系統(tǒng)的效能。

圖2

以德州儀器最近發(fā)布的“使用Jacinto? ADAS處理器的級聯(lián)/成像雷達捕獲與融合平臺”為例，這是一個4芯片的CIR系統(tǒng)，每個由MMIC（德州儀器的mmWave AWR2243傳感器）設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流都需要大量的處理。德州儀器汽車ADAS處理器產(chǎn)品線中的單個SoC可以輕松滿足這些處理需求。例如，“TDA2SXBTQABCQ1”可以利用其異構(gòu)架構(gòu)高效地完成所有這些處理任務(wù)，該架構(gòu)包含多種類型的CPU：4個SIMD（EVE）、2個DSP（C66）和6個Arm? Cortex?（2個A15和4個M4）核心。

圖3 展示了從MMIC發(fā)送的原始數(shù)據(jù)中實現(xiàn)目標(biāo)檢測的各個步驟。

圖3還展示了雷達處理流程是如何映射到這些核心上的。編號圓圈中的顏色編碼對應(yīng)于執(zhí)行每個特定操作的核心（藍色 = C66，綠色 = EVE）。Arm核心負責(zé)執(zhí)行系統(tǒng)的通用應(yīng)用管理和整體控制代碼。圖4展示了德州儀器4芯片CIR參考設(shè)計中使用的TDA2SX設(shè)備上處理任務(wù)的另一種、更高層次的劃分方式。

圖4

隨著雷達系統(tǒng)復(fù)雜性和能力的增加，處理需求也在增加。圖5展示了典型雷達數(shù)據(jù)立方體（radar cube）內(nèi)存的增加以及所需操作（以百萬計）的增加。這種復(fù)雜性和處理需求會隨著時間的推移而增加，并且隨著以下汽車領(lǐng)域的趨勢持續(xù)發(fā)展，將推動對更多處理能力的需求。德州儀器的雷達MMIC（AWRx）和ADAS處理器（TDAx）可以憑借獨特的架構(gòu)、技術(shù)和軟件開發(fā)工具包（SDK）來滿足這些需求。選擇、開發(fā)并產(chǎn)品化利用可擴展產(chǎn)品家族（如德州儀器的TDA ADAS處理器家族）的系統(tǒng)，有助于以減少整體開發(fā)時間和提高系統(tǒng)效率的方式應(yīng)對這些持續(xù)的趨勢。

圖5

將短距離、中距離和長距離系統(tǒng)集成到一個單一的CIR系統(tǒng)中，可以減少車輛中系統(tǒng)的總數(shù)，以及相關(guān)的功耗、電源設(shè)計和成本。通過處理器實現(xiàn)的性能提升，還可以潛在地減少對其他配套系統(tǒng)的需求或成本，例如降低攝像頭分辨率/幀率要求，以及減少或去除超聲波傳感器。

除了雷達相關(guān)的趨勢外，還有一個總體趨勢是，在車輛上使用多種傳感器，通過融合不同模態(tài)的數(shù)據(jù)來增強功能安全性，以幫助應(yīng)對這些系統(tǒng)必須適當(dāng)處理的眾多環(huán)境變化（見圖6）。下表提供了關(guān)于哪些傳感器最適合應(yīng)對典型車輛感知相關(guān)的各種條件的見解。沒有任何單一傳感器能夠滿足所有這些要求，這證明了融合各種傳感器數(shù)據(jù)以提高感知精度的必要性。

圖6

上述趨勢將需要更高的處理速度和效率，而德州儀器的TDAx ADAS處理器產(chǎn)品線能夠很好地滿足這一需求。