毫米波雷達(dá)：無人駕駛的“核心傳感器”
華為輪值董事長徐直軍10月22日在世界智能網(wǎng)聯(lián)汽車大會上透露，將利用自己的5G技術(shù)來開發(fā)毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)。
傳感器生態(tài)是華為汽車想要打造的生態(tài)之一，包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等等，讓這些傳感器方便與MDC連接在一起。作為選擇之一，華為也會利用自己的5G技術(shù)來開發(fā)毫米波雷達(dá)，實現(xiàn)全天候的成像，同時也將充分利用全球領(lǐng)先的光電子技術(shù)，開發(fā)激光雷達(dá)，真正解決激光雷達(dá)面臨的成本問題與性能問題。
業(yè)內(nèi)人士表示從基礎(chǔ)的自適應(yīng)巡航（ACC）、自動緊急制動（AEB）、前方碰撞預(yù)警（FCW）、到盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)（BSD），以及后來的智能駕駛泊車出入、后方車輛警示系統(tǒng)（RCTA）等，都要有毫米波雷達(dá)的參與。
據(jù)介紹，華為所開發(fā)的激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)將搭載于合作伙伴的車型上，每輛車預(yù)計標(biāo)配1至3個激光雷達(dá)，幾個主機(jī)廠加起來，華為的激光雷達(dá)會有數(shù)十萬的年出貨量。
隨著汽車智能化、電子化的推進(jìn)，無人駕駛已經(jīng)是未來汽車發(fā)展的必然趨勢，智能汽車（ADAS）和車聯(lián)網(wǎng)（V2X）分別是實現(xiàn)無人駕駛的內(nèi)部和外部要求。
ADAS的各項功能需要多種傳感器才能實現(xiàn)。ADAS的傳感器主要有攝像頭、超聲波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)四種。其中，攝像頭國產(chǎn)化難度大、超聲波雷達(dá)門檻低、激光雷達(dá)尚未商業(yè)化，而隨著自動駕駛等級提升，毫米波雷達(dá)需求最大。毫米波雷達(dá)已經(jīng)實現(xiàn)量產(chǎn)，隨著大規(guī)模產(chǎn)品上市，預(yù)計將快速應(yīng)用。
市場空間看，在自動駕駛技術(shù)的推動下，Yole預(yù)計到2022年汽車毫米波雷達(dá)模塊的市場空間將達(dá)到75億美元，6年CAGR將達(dá)到25％。預(yù)計到2020年，全球汽車毫米波雷達(dá)將近7000萬顆，若中國汽車銷售量中有15%裝配汽車毫米波雷達(dá)，按每輛車裝配2個，預(yù)計2020年的毫米波雷達(dá)需求量近900萬個，國內(nèi)車載毫米波雷達(dá)的市場規(guī)模則有望達(dá)50億元人民幣左右。
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毫米波雷達(dá)：現(xiàn)階段核心的傳感器
毫米波雷達(dá)是指工作在毫米波波段（頻域30-300GHz，波長1-10mm）的探測雷達(dá)，通過天線向外發(fā)射毫米波，波束在接觸到目標(biāo)物體后反射，被雷達(dá)接收到以后，通過后方計算單元的處理，來獲取目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)信息，包括位置、速度、運(yùn)動方向、運(yùn)動角度等。
作為自動駕駛感知層的重要傳感部件，毫米波雷達(dá)接收到的信息被傳至自動駕駛決策層進(jìn)行計算分析，為自動駕駛系統(tǒng)主動干預(yù)汽車行駛或?qū)︸{駛員進(jìn)行預(yù)警等提供數(shù)據(jù)源。
毫米波雷達(dá)主要由天線、射頻組件、信號處理模塊以及控制電路等部分構(gòu)成，其中天線和射頻組件是最核心的硬件部分。
隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，毫米波雷達(dá)在汽車電子、無人機(jī)、智能交通等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
車載毫米波雷達(dá)的研究始于20世紀(jì)60年代，研究主要在以德、美、日等發(fā)達(dá)國家內(nèi)展開。早期車載毫米波雷達(dá)發(fā)展緩慢，21世紀(jì)后隨著汽車市場需求增長開始進(jìn)入蓬勃發(fā)展期。
隨著ADAS技術(shù)的發(fā)展，毫米波雷達(dá)將逐漸從高端車型向中低端車型滲透同時加快技術(shù)升級革新，相關(guān)市場有望獲得快速成長。
▌毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)鏈
汽車毫米波雷達(dá)本質(zhì)上是一套毫米波收發(fā)系統(tǒng)，硬件結(jié)構(gòu)拆開來看，主要包括毫米波射頻收發(fā)芯片、高頻PCB、毫米波天線陣列、MCU等核心部件。與此同時，多波束掃描、短中長多范圍覆蓋、3D檢測等能力要求給汽車?yán)走_(dá)的架構(gòu)設(shè)計帶來了新的挑戰(zhàn)，芯片制造商通過不斷增加通道數(shù)量以滿足多種現(xiàn)實需求。
汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)可分為三個子類別：短程（SRR），中程（MRR）和遠(yuǎn)程（LRR）。每種都有不同的應(yīng)用，遠(yuǎn)程（超過100米）通常用于前向碰撞避免，而短程和中程（100米以內(nèi)）用于盲點檢測、停車輔助系統(tǒng)、預(yù)碰撞警報、車道偏離警告或停停走走應(yīng)急系統(tǒng)。
基于成熟的130nmSiGe平臺的汽車77GHz雷達(dá)芯片，恩智浦和英飛凌是全球最大的供應(yīng)商。由于德州儀器公司（TI）在過去十年中開發(fā)了RFCMOS技術(shù)，該平臺正在迅速成為現(xiàn)實，德州儀器和ADI也在提供基于先進(jìn)CMOS平臺（低至28nm）的芯片產(chǎn)品。
產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)公司主要包括有機(jī)會參與毫米波芯片代工制造的三安光電，毫米波雷達(dá)產(chǎn)品供應(yīng)商德賽西威，具備高頻PCB加工制造能力的深南電路、景旺電子、滬電股份。
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毫米波雷達(dá)優(yōu)勢明顯，商業(yè)化程度高
ADAS技術(shù)在環(huán)境感知的過程中，需要采用攝像頭、雷達(dá)、激光和超聲波等傳感器，來探測光、熱、壓力或其它可以監(jiān)測汽車狀態(tài)的變量。
其中，毫米波雷達(dá)能夠利用天線發(fā)射電磁波，對前后方障礙物反射的回波進(jìn)行不斷檢測，從而計算出前方或后方障礙物的相對速度與距離。
與其他各類車載傳感器相比，毫米波雷達(dá)具有體積小、質(zhì)量輕的特點，其探測距離遠(yuǎn)大于超聲波，且基本不受天氣和夜間情況的影響，實現(xiàn)穩(wěn)定檢測。同時相對于激光雷達(dá)高昂的生產(chǎn)成本，毫米波雷達(dá)價格更加低廉，實現(xiàn)商業(yè)化的程度更高。
▌毫米波雷達(dá)產(chǎn)品上國內(nèi)外主要差距
在毫米波雷達(dá)產(chǎn)品上，目前國內(nèi)和國外也存在較大的差距。國外主要毫米波雷達(dá)供應(yīng)商的產(chǎn)品技術(shù)性能好，產(chǎn)品質(zhì)量高，且全面覆蓋了24GHz和77GHz等多個頻段。目前國內(nèi)量產(chǎn)的毫米雷達(dá)波產(chǎn)品主要仍為24GHz產(chǎn)品，量產(chǎn)公司主要包括德賽西威和華域汽車等。
77GHz毫米雷達(dá)波的技術(shù)含量高，制造難度較大，要克服精確度、可靠性以及性能等多方面的挑戰(zhàn)，同時國內(nèi)公司還面臨芯片供應(yīng)以及產(chǎn)品測試環(huán)節(jié)的困難。目前國內(nèi)還沒有大批量產(chǎn)的77GHz毫米波雷達(dá)產(chǎn)品，其中德賽西威的77GHz雷達(dá)產(chǎn)品預(yù)計2019年達(dá)到量產(chǎn)狀態(tài)，華域汽車的77/79GHz雷達(dá)產(chǎn)品也正在加快研制中。
毫米波雷達(dá)已實現(xiàn)國產(chǎn)化、隨著新產(chǎn)品上市將大規(guī)模應(yīng)用。毫米波雷達(dá)成本在激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)兩者之間，雖然技術(shù)主要掌握在TRW、博世、大陸等公司手中，但是有望最先實現(xiàn)國產(chǎn)化，毫米波價格也并非遙不可及。
國內(nèi)毫米波雷達(dá)已實現(xiàn)量產(chǎn)，國內(nèi)廠商取得突破。國內(nèi)24GHZ毫米波（中短距）雷達(dá)已實現(xiàn)量產(chǎn)，77GHZ毫米波（長距）雷達(dá)實現(xiàn)技術(shù)突破。2018年我國毫米波雷達(dá)出貨量達(dá)到358萬顆，同時也伴隨著國產(chǎn)毫米波雷達(dá)芯片廠商包括廈門意行、清能華波、上海矽杰微、上海加特蘭等崛起。
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毫米波雷達(dá)：
國外零部件公司市場份額較高
毫米波雷達(dá)技術(shù)壁壘較高，從全球市場情況來看，目前市場份額主要由國外零部件巨頭所占據(jù)。
2018年全球毫米波雷達(dá)市場前五大供應(yīng)商分別為博世、大陸、海拉、富士通天、電裝（Denso），合計占有了68%的市場份額。
此外，TRW、德爾福、Autoliv、法雷奧等公司也是重要的毫米波雷達(dá)供應(yīng)商。
從國外主要毫米波雷達(dá)供應(yīng)商的產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)來看，各公司在毫米波雷達(dá)發(fā)展上各有不同。
博世的毫米波雷達(dá)產(chǎn)品主要以76-77GHz為主，產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)，主要包括MRR（中距離）和LRR（遠(yuǎn)距離）兩個系列，其中LLR4產(chǎn)品最大探測距離可以達(dá)到250米，在同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先位置。大陸的毫米波雷達(dá)產(chǎn)品全面覆蓋24GHz和77GHz兩個頻率，且以77GHz產(chǎn)品為主，產(chǎn)品類別豐富，包括ARS441、ARS510、SRR520、SRR320等多個系列。
大陸ARS441遠(yuǎn)程毫米波雷達(dá)的最大探測距離可以達(dá)到250米，在同類產(chǎn)品中領(lǐng)先。大陸的毫米波雷達(dá)產(chǎn)品的探測視角在對比中也較為突出。
海拉同樣也是毫米波雷達(dá)的最大的幾家供應(yīng)商之一，早在2004年，海拉的第一代24GHz毫米波雷達(dá)即進(jìn)行量產(chǎn)。目前海拉的毫米波產(chǎn)品主要以24GHz為主，是市場上的重要生產(chǎn)商。德爾福公司的毫米波雷達(dá)產(chǎn)品也主要以77GHz產(chǎn)品為主，從探測距離上來看主要以中近程為主。
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激光雷達(dá)
激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)原理類似，通過向外發(fā)射并接收的波束的方式來探測計算目標(biāo)物體的位置和速度等信息，所不同的是，激光雷達(dá)使用的是激光，而毫米波雷達(dá)使用的是毫米波。激光雷達(dá)使用飛行時間（ToF，TimeofFlight）技術(shù)，在發(fā)射激光脈沖之后，使用時間分辨探測器計算激光脈沖遇到目標(biāo)物體后的折返時間來進(jìn)行測距。
目前激光雷達(dá)在國內(nèi)外整體都處于研究發(fā)展階段，技術(shù)差距相對較小。但由于國內(nèi)在芯片技術(shù)上的落后，因此在激光雷達(dá)芯片中的發(fā)射器和探測器等核心部件都相對薄弱，造成激光雷達(dá)的信號接收質(zhì)量、分辨率等性能受到一定的限制。
目前，國內(nèi)以鐳神智能為代表的公司已經(jīng)可以自主研制激光雷達(dá)接收端的模擬信號處理芯片ASIC芯片。同時，隨著激光雷達(dá)的固態(tài)化發(fā)展，國內(nèi)公司和國外公司基本處在同一起跑線上。預(yù)計隨著國內(nèi)公司技術(shù)的快速發(fā)展，國內(nèi)外在激光雷達(dá)上的技術(shù)差距會進(jìn)一步縮小。
在激光雷達(dá)產(chǎn)品方面，目前全球僅有法雷奧等少數(shù)廠商實現(xiàn)了量產(chǎn)。法雷奧和Ibeo合作開發(fā)的激光雷達(dá)（SCALA激光掃描儀）在2017年開始為奧迪的量產(chǎn)L3級別自動駕駛汽車奧迪A8供貨。隨著國內(nèi)L3及以上級別自動駕駛汽車的快速發(fā)展，預(yù)計國產(chǎn)的量產(chǎn)激光雷達(dá)也將推出。
根據(jù)自動駕駛級別、傳感器安裝數(shù)量、傳感器單價、自動駕駛汽車的滲透率以及乘用車銷量的假設(shè)，預(yù)計自動駕駛汽車傳感器市場規(guī)模到2020年、2025年約為230億元、600億元左右，2020年至2025年年均增長約22%左右。
從單車價值量來看，實現(xiàn)L1/L2級別自動駕駛傳感器單車價值量約1300至2000元左右，實現(xiàn)L3、L4級別自動駕駛的成本仍較高。隨著技術(shù)進(jìn)步，規(guī)?；a(chǎn)及成本下降，預(yù)計到2025年，L3/L4級別自動駕駛的傳感器單車價值量有望降至8000至14000元左右。
隨著汽車智能化、電子化的推進(jìn)，無人駕駛已經(jīng)是未來汽車發(fā)展的必然趨勢，智能汽車（ADAS）和車聯(lián)網(wǎng)（V2X）分別是實現(xiàn)無人駕駛的內(nèi)部和外部要求，而5G技術(shù)即成為車聯(lián)網(wǎng)V2X中的關(guān)鍵制衡。5G催化下，無人駕駛產(chǎn)業(yè)發(fā)展有望提速，產(chǎn)業(yè)鏈將全面迎來機(jī)遇。
