采埃孚4D成像雷达拆解

1 基本信息

         品牌：海外Tier1采埃孚

        • 应用：上汽飞凡中高端纯电平台

        • 数量：单车2个，安装在前后保内部

        • 最远探测距离：350米

        拆解来看，4D雷达主要可以分为4个部分，分别为数字接口板及结构件、发射单元及PCB、屏蔽罩、雷达天线罩。

2 发射单元及PCB（正面）

        正面可以分为5个部分，如下图标识，每个部分描述如下。

        1.微带天线阵列：这一面上一共有天线28根，分为发射天线和接收天线两类，其中 12个发射天线 (TX) ， 16 个接收天线 (RX)，通过MIMO 技术增加虚拟孔径，形成 192个虚拟通道。

        

        2.单片微波集成电路MMIC：本雷达一共有 4个MMIC，采用多片级联的方式连接。外部银色的为屏蔽罩，内部为 MMIC。MMIC是雷达关键零部件，负责毫米波信号的调制、发射、接收以及回波信号的解调。

        3.分功电阻：4 个 MMIC存在主从关系，功率需要均匀的分配到三个 slave MMIC，分功电阻将本振功分信号功率进行均匀分配。

        4.本振功分线：覆铜打孔处，用于4 个MMIC的同步。

        5.高频PCB板材：用于蚀刻毫米波雷达天线。性能要求高于普通 PCB 。

        可以看到4D雷达一共28 根收发天线，一共 4 个 MMIC ，单个 MMIC具有 3 发射天线及 4接收天线。左图中，我们用绿色线框分割帮助梳理天线所属的 MMIC 。 蓝色 标注为发射天线， 红色 标注为接收天线。

         移除屏蔽罩后，我们可以清晰的看见内部黑色的MMIC ，以及 3 发 4 收的电路特征。 MMIC具体型号为 AWR2243P ，由德州仪器提供。 AWR2243是TI 第二代毫米波传感器，使用了TI第二代毫米波射频前端，射频性能比第一代产品有了大幅提升，本雷达使用的 AWR2243P 是支持多片级联的型号 。

3 4D雷达如何做到4D

        传统毫米波雷达也叫3D 毫米波雷达，具有 3个维度的信息，分别是 距离 、 速度 、 方位角，不含有高度信息 。

        • 距离探测：通过计算经过调制的连续调频 FMCW信号与回波之间的频率差来计算距离，雷达发射 FMCW电磁波，速度为光速。

        • 速度探测：通过多普勒效应探测目标与自车的相对运动速度，如需要目标绝对运动速度，则需要整车提供自车运动速度信息输入进行补偿得到。

        • 方位角探测：通过相位法测角原理，利用不同接收天线阵元间接收回波的相位差计算方位角。

        4D 毫米波雷达在此基础上增加高度信息，形成 4维信息输入。避免了以往对于路牌、地面井盖、跨线桥等目标的误识别。

        下图可见，4D毫米波雷达识别出了跨线桥，并且在点云上实现了具有高度信息的标注。

        从雷达天线排列位置的角度，我们也能辨别4D毫米波雷达与传统毫米波雷达的区别。左下为本次拆解的采埃孚 4D毫米波雷达，右下为来自日本电装的传统 3D 毫米波雷达。

        如上文所述，方位角的探测是通过接收天线所接受信号的相位差来进行计算的。水平直线排列的接收天线能够探测水平方向的相位方位角信息（左上图红框），绿色框内的发射天线与红色框的接收阵列通过MIMO技术，在垂直方向上形成虚拟孔径阵列，来实现高度方向上的测量，则可以得到目标的高度信息（左上图绿框）。作为对比，传统毫米波雷达发射天线和接收天线只在水平向上进行天线排列，在高度向上没有布局发射或接收天线，因此无法探测高度信息。

4 发射单元及PCB（反面）

        反面也可以分为5个部分 ，如下图数字标识，每个部分分别为：

        1.连接器：通过与数字接口板连接，将雷达感知信号输出到接口板，负责数据通讯和供电。

        2.电源管理电路PMIC：PMIC是一种广泛应用于各种电子设备内的元器件。主要功能有电压降压或升压，确保为发射单元等用电设备提供稳压电流。

        3.处理器：采用赛灵思ZYNQ UltraScale+MPSoC FPGA，具体型号为XAZU3EG，优异的处理性能主要用于4D雷达复杂信号处理。传统毫米波雷达则使用低成本的DSP进行信号处理的方案。NXP也在做类似产品，包括S32R45/41系列。

        4.模数转换器ADC：用来控制PMIC模拟信号转换为数字信号，产品来自德州仪器，型号为ADS7953Q。

        5.DDR3存储单元：主要用于缓存雷达采集到的数据和中间处理结果。 该雷达采用两块存储单 元，产品来自美光，型号为MT53E128M32D2DS053 AUT:A。

5 数字接口板及结构件

        数字接口板及结构件主要有4个部分，分别为CAN FD接口、散热翅片、以太网接口和数字接口板。 

   

        1.CAN FD接口：传统毫米波雷达数据量较小，以 20Hz频率估计，数据量约为数十 kbps ， CAN FD最高支持 5Mbps，足以支持其数据传输需求。

        2.散热翅片：4D毫米波雷达较大的功率使得其拥有较大的发热量，结构件背面的散热翅片帮助散热，降低其工作温度。

        3.以太网接口：4D毫米波雷达点云数量大幅提升，达到数百甚至上千点云量，以太网的高数据传输速率得以支持其传输需求。

        4.数字接口板：此电路板负责与雷达与整车域控信号及电源进行适配及转接。

6 4D毫米波雷达产品现状和进展

        4D毫米波雷达虽然还没有大规模使用，但是目前已有厂商推出各自的产品逐鹿中原，占领市场，包括华域汽车、福瑞泰克、经纬恒润、森思泰克、纳瓦电子、赛恩领动、行易道、楚航科技等，但都前期产品导入，未来随着技术成熟度进一步提高，有望能逐渐挤占传统3D雷达市场份额。

厂商	部分型号	型号产品信息
华域汽车	LRR30 、 LRR40	公司 LRR30 采用 2 片 MMIC 级联，具备 6 路发射和 8 路接收通道，最多可以输出 1024 点 4D 点云，能够追踪 64 个目标，最远探测距离达 300m 。 公司 LRR40 采用 4 片级联，具备 12 路发射和 16 路接收通道，最多可以输出 3072 点 4D 点云，能够追踪 128 个目标，最远探测距离达 350m 。 公司 4D 毫米波雷达产品已实现对友道智途相关项目的小批量供货。
福瑞泰克	FVR40	公司自主研发的成像毫米波雷达产品 FVR40 已获得国内多个车企定点，相关产品已进入量产交付阶段，预计 2023 第一季度完成上车搭载。 FVR40角分辨率和俯仰角分辨率都小于 1 °，探测距离超过 300 米，速度分辨率小于 0.1m/s 能够区分出多个目标特征。
经纬恒润	/	公司 4D 毫米波雷达在研发过程中，公司正在积极拓展客户。 2021 年公司和 Arbe 在 4D 毫米波雷达技术方面达成战略合作，如有订单需求公司会向 Arbe采购芯片，目前双方合作顺利。公司通过扩展 MIMO 体制的发射和接收通道数，构建了 48 路发射和 48路接收通道，大大提升雷达信息获取能力，雷达探测距离达到350m ，可实现方位向 1 °和俯仰向 1.5 °的真实孔径分辨率。
森斯泰克	STA77-6 、 STA77-8	公司 2 片级联 4D 成像雷达 STA77-6 量产车型 —— 理想 L7 量产上市。采用 6 发 8 收， 48 虚拟通道，作用距离 300 米，方位角分别率 2 °。 公司 4 片级联 4D 成像雷达 STA77-8 已搭载国内一线主机厂主打车型量产上市。采用 12 发 16 收， 192 虚拟通道，作用距离 350 米，方位角分别率 0.7 °。
威孚高科	/	公司 4D 毫米波雷达产品目前处于市场应用快速发展阶段，已获取干线物流定点项目。
纳瓦电子	NOVA77G-4D-S 、 NOVA77G-4D-IR	公司共规划了两款成像雷达产品，一款是 6 发 8 收，既可作为角雷达也可以作为前向雷达，一款是 12 发 16 收，主要瞄准前向雷达 . 纳瓦电子 6 发 8收成像雷达最远探测距离可达 320m ，距离分辨率为 0.35m ， 3dB 水平波束宽度小于 1.6 °，方位角精度± 0.1 °， 3dB 俯仰面波束宽度小于 2.4 °，俯仰角精度± 0.2 °
弗迪科技		公司今年 4D 成像雷达、智能车门雷达、舱内活体检测雷达也会陆续量产。
赛恩领动	SIR-4K	公司发布了旗下首款产品 SIR-4K ，该产品最远探测距离 400 米，角分辨率 0.5 度（水平） x 1 度（垂直），较传统毫米波雷达提升了 10 倍。产品具备 192个虚拟通道，可输出 4096 个点云。
保隆科技	/	公司自 2021 年底开始布局 4D 毫米波雷达研发，目前已进入优化调试阶段，预计今年 8 月份会对外开展客户推广， 2024 年一季度进入初步量产。
几何伙伴	/	公司自主研发的 4D 成像雷达，已经具有目标跟踪定位、可行驶区域检测以及自动泊车等能力。
楚航科技	/	公司宣布获得苇渡科技量产定点项目，将为苇渡科技首款纯正向研发的纯电智能重卡高配车型提供 4D 成像毫米波雷达，将在 024 年量产交付及落地应用。
行易道	ALRR300	公司 ALRR300 基于双片级联硬件 , 采用领先的稀疏信号成像技术 , 突破硬件的限制 , 实现了水平和俯仰角分辨率小于 1 °。