近年、自動運転が最もホットな話題となっています。自動運転技術の発展に伴い、そのキーセンサーの一つであるミリ波レーダーも注目を集めています。しかし現在、世界のミリ波レーダー産業の発展は海外の巨大企業が主導権を握っており、その中でもコンチネンタルARS540は9つの絶対的優位性で世界のミリ波レーダー技術をリードしています。
写真: コンチネンタル ARS540 まず、ARS540 は最高の解像度を持つミリ波レーダーです. 地平線経度 方位角または水平解像度は 1.2° に達します. ほとんどのミリ波レーダーの水平解像度はわずか 5°です. ARS540 は通常のミリ波レーダーです- 水平解像度の波動レーダー、速度が 5 倍。第二に、ARS540 は、実際にターゲットの高さを測定できるミリ波レーダーです。つまり、その垂直解像度は比較的高く、仰角は 2.3°に達します。
写真は以下を示しています: ARS540 の高度測定 第三に、水平視野 (FOV) が 100°の場合、ARS540 の有効距離は 300 メートルにも達し、他のミリ波レーダーの有効距離は 250 メートルに達する可能性があります。ただし、FOV はわずか 8 ～ 10° に減少し、ARS540 の 100° よりもはるかに低くなります。4つ目は、ARS540は画像出力が可能なミリ波レーダーで、コンチネンタル社ではRdar Detection Image Output RDIと呼んでいますが、その効果は8ラインライダーに近いものです。第 5 に、ARS540 はマイクロ ドップラー技術を使用しています。これは、交通弱者(高齢者や子供など) のVR Uを検出できるミリ波レーダーです。6番目に、ARS540は、SAR合成開口技術を使用して短距離分解能を向上させるミリ波レーダーであり、10メートルの範囲内では、SAR技術を使用して角度分解能を向上させることができます。7 番目に、ARS540 は静止ターゲットをフィルタリングしないミリ波レーダーです。現在、ほとんどのミリ波レーダーは誤警報率を下げるために静的なターゲットをフィルタリングしますが、ARS540 は超高解像度を備え、同時に物体の高さを検出できます。誤警報率は大幅に低減されるため、静的です。ターゲットは保持されます。8 番目に、ARS540 は、複雑な交通シナリオにおける軌道追跡と予測が可能なミリ波レーダーです。9 番目に、ARS540 は隠れた車両を検出できます。ARS540 が隠れた車両を検出する確率は、前世代の最先端製品 ARS430 の 40% から 80% に増加しましたが、ほとんどのミリ波レーダーは 20% しか達成できません。
隠れた車両（フリート）を検出
ARS540 の絶対的な初のパフォーマンスの背後には、その複雑な設計があります。
写真はARS540の構造図で、構造的にはARS540は4個カスケードの形を採用しており、NXPの77GHzミリ波レーダー送受信機(つまりMMIC)MR3003を4個カスケード接続した16個の受信機となっています。ほとんどのミリ波レーダーはシングルチップ トランシーバーを使用しており、通常は 3 つの送信機と 4 つの受信機のみ、つまり 12 の仮想チャネルのみですが、ARS540 は最大 192 の仮想チャネルを備えており、解像度が大幅に向上しています。イメージレーダーとも言えます。
画像は画像レーダーの注釈を示しています; 画像出典: NXP ミリ波レーダーのほとんどは現在、第 1 段階、つまり 1 つの MMIC にあります。現在、前方のメインミリ波レーダーのほとんどは主にコンチネンタルとボッシュによって独占されており、下位モデルはコンチネンタルの ARS4B、ARS408、または ARS410 を使用しており、コアはテスラ モデル 3 などの古い NXP トランシーバー MR2001です。最も安価なARS4Bが使用されており、有効距離は最大でも170メートルに過ぎませんが、中国のローカルブランドは主に有効距離250メートルのARS410を使用しています。海外のハイエンドモデルには最新のMR3003をコアとしたARS510が採用されています。ボッシュは主に、インフィニオンのセパレートトランシーバー RRN7745P/RTN7735Pを使用して、中国で MRR1 PLUS を推進しています。長距離用のLRR4はMR2001の一部を使用しています。
写真はMR2001システムの概略図です。MR2001 は MR3003 の前世代の製品であり、Bosch、Continental、Aptiv、および Autoliv によって使用されている最も広く使用されている長距離ミリ波レーダー トランシーバーでもあります。
写真は MR3003 の内部フレーム図を示しています。上の 2 つの写真から、MR3003 は MR2001 と比較して大きな変更があることがわかります。まず、MR3003 には ADC、つまりアナログ - デジタル変換が統合されています。MR2001 は次のフィルタリングが必要です。アナログ データをMCUに送信するためのローパスフィルター。再処理後、信号が失われる可能性があり、精度に影響します。MR3003 はADC変換を統合し、MCU に ADC を配置せず、MI PI CSI 2 または LVDSを使用します。高帯域幅を出力し、画像出力の基礎を築くことができ、信号対雑音比、つまり解像度と精度も向上します。2 つ目は、機能安全モジュールの追加です。ここでも、MR2001 のような外部 VCO の代わりに PLL フェーズ ロック ループ回路が統合されています。コストを削減し、信頼性を高めます。最後に、MR2001 は 4 つの送信アンテナと 3 つの受信アンテナ設計で、MR3003 は 3 つの送信アンテナと 4 つの受信アンテナ設計です。MCUに関しても、MR2001に相当するものは一般的にMPC5773であるのに対し、ARS540は新世代のS32R274を採用している。
写真はS32R274の内部フレーム図で、S32R274は3コア設計を採用しており、2つのe200z7260が計算を担当し、1つのe200z420がセキュリティを担当します。ASIL-D レベルの安全アプリケーションまで。前世代の製品よりもはるかに強力な通信インターフェースの面で最も柔軟性があり、まずイーサネットのサポートが強化され、イーサネット MAC を備え、100M イーサネット RGMII をサポートし、画像を出力できます。128 ビット情報バッファリングをサポートする 1 対の Flexray バス チャネルがあります。CAN-FD をサポートできるフレキシブルCAN は3 つあります。最大320MbpsのZipwire高速シリアル通信もあります。デフォルトの出力は引き続き CAN ですが、オプションの出力はイーサネットです。
レーダー信号処理の概略図; 画像ソース: NXP アルゴリズム、主に CPI と DOA を強化します。チャープとは、チャープ（読み方：「チョウジウ」）です。通信技術の符号化パルス技術における用語です。パルスを符号化する際、その搬送波周波数がパルス持続時間内で線形に増加することを意味します。パルスが到達したとき、オーディオ サイトで確認すると、鳥のさえずりのような音が聞こえるため、「chirp」という名前が付けられています。FFT は高速フーリエ変換、CFAR はConstant False- Alarm Rateの略称です。レーダー信号検出では、外部干渉の強度が変化すると、レーダーは自動的に感度を調整して、レーダーの誤報確率を変化させません。この特性を持つ受信機は、常時誤報受信機と呼ばれます。DOA (到来方向) 推定アルゴリズムが中核です。このアルゴリズムは通常、比較的高い計算能力を必要とします。NXP または Freescale の Power アーキテクチャの方が適しており、ARM アーキテクチャの方が高価です。DOA 推定 (または到来方向推定): 受信信号は空間フーリエ変換を受けます (空間フーリエ変換と離散時間フーリエ変換の違いは、空間フーリエ変換の和が要素空間位置 m であるのに対し、空間フーリエ変換の和は要素空間位置 m であることです。時間領域フーリエ変換の総和変数は離散時間 n)、その係数の 2 乗を求めて空間スペクトルを求め、信号の到来方向を推定します (位相 φ は離散時間の最大値に相当します)。空間スペクトルを計算し、定義 φ=2π dsi nθ/λ に従って θ を計算します。ARS540 はデュアル MCU 設計、つまり 2 つの S32R274 を採用しています。各 S32R274 は 2 つの MR3003 に接続されます。ある意味、ARS540 は 1 つのボックスに 4 つの ARS510 レーダーが入っていることに相当します。この難易度はレーダーよりもはるかに高く、レーダーは超高周波成分であり、相互干渉しやすいため、コンピュータシミュレーションでは解決できないトリックも多く、長期にわたる経験の蓄積が必要です。高周波電子機器のみ現場での経験だけでなく、材料や機械構造の分野でも経験があります。ARS540 は、カスケード設計を備えた初の量産ミリ波レーダーでもあります。設計が非常に難しいだけでなく、製造プロセスも非常に困難であり、シェルの材料の厚さがレーダーの性能に影響を与えるため、これらはレーダーの一貫性の製造プロセスにおける大きな課題につながります。経験の蓄積で解決 中国には優秀なデザイナーには事欠かないが、経験豊かな現場社員が全くいない。ミリ波レーダーの性能の向上に伴い、ライダー、特に 4 ラインライダーの地位が脅かされ始めています。将来的に6台、8台をカスケード接続した場合、ミリ波レーダーは16ラインライダーの脅威となるでしょう。一方、ミリ波レーダーはコストパフォーマンスや車両スペックの面でも圧倒的な優位性を持っており、今後は位置を確保するための解像度の向上にも注力する必要がある。