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[转载]从欧盟NCAP到芯片拆解，看4D雷达进展

已有 1360 次阅读 2020-12-24 21:37 |个人分类:其他|系统分类:论文交流|文章来源:转载

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/ 导读 /

针对汽车的各种安全法规层出不穷，主机厂正在寻求一个平台或一种技术，以便跟上诸如GTR（全球统一汽车技术法规）、欧盟NCAP（新车安全评估项目）等安全法规不断演变的需求，例如盲点和自动紧急制动功能等等。这不仅仅是关于合规性的问题，安全也是一个重要竞争领域，技术差异化还可以直接转化为增加的市场份额。

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主机厂在找什么？

欧盟NCAP 2022/23协议中要求区分成人和儿童，进行CPD（车内儿童检测）和智能SBR（安全带提醒装置）及安全气囊展开测试。CPD是一个新的协议，SBR也在更新，要覆盖第二排座位。在经过充分验证后，支持这两个应用的CPD+SBR组合体将提供一个低成本、低风险的解决方案，以此作为未来长期应用的开发平台，而不是使用两套传感器，进行集成和测试，让成本翻倍。NCAP的要求还远不止这些。

NXP执行副总裁兼无线电频率处理总经理Torsten Lehmann指出，虽然NCAP没有明确说明首选的传感器技术是什么，但主机厂迫切需要满足NCAP的要求，他们正在采购更好的雷达技术，以探测车内边角和前方的物体。

技术，始料未及？

4D雷达技术确实很新，就连以下这家拥有几乎全部类型汽车传感器的公司可能也始料未及。这家公司通过收购获得了各种传感器技术，这些产品不是为了竞争，而是为了互补，打造超越对手的竞争优势。

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真不多见，这公司有这么多类型传感器

最近，笔者向该公司战略、营销及方案工程部高级副总裁David Somo求证：“为什么像你们这种非常喜欢收购各种先进技术的公司没有4D成像雷达技术呢？”他表示：“我们目前还没有这方面的技术，暂时也没有计划收购相关公司的计划。”

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David Somo看着眼熟

可以看出，传统半导体公司与初创公司不同，对于新技术还是比较谨慎的。不过，一旦技术成熟，一些初创公司中的领头羊就要落入头部半导体公司的“虎口”。

想知道这家公司是谁？请往下看。

怎样满足NCAP等要求？

在车内，以色列初创公司Vayyar的多功能传感器可以同时为各种安全功能提供帮助。这是唯一一款覆盖两排完整座位和搁脚空间的单传感器座舱监控解决方案，能够单独监控5个人。得益于高分辨率点云成像技术，它还将成人和儿童分开分类，以满足CPD和SBR及安全气囊展开标准，甚至可以检测入侵者。

Vayyar是唯一一款用于车内监控的端到端60GHz单芯片解决方案，覆盖两排，满足所有欧洲NCAP要求。它涵盖了整个RFIC、天线和阵列以及汽车级物料清单的硬件开发和生产，所有这些都经过了鉴定和验证，采用了3D/4D API和CPD+SBR解决方案。

4D成像雷达拆解分析

雷达曾经是一个缓慢增长的市场，以满足军事等成熟应用的需求。近年来，情况改变了很多。雷达，尤其是“成像雷达”，堪比娱乐界的明星。汽车和消费应用激发了系统设计师的想象力，并推动雷达的增长达到两位数。

雷达芯片以低成本在许多消费类设备中得到应用，在汽车工业中也找到了坚实的应用基础。各主机厂都在自己的ADAS技术中使用了雷达，最终好处是道路的公共安全。

现在出现了4D成像雷达，并已在汽车中进行尝试。出于对其如何实现的好奇，Systems Plus Consulting（Yole子公司）拆解了一个4D雷达模组，选择的是Vayyar第一代高度集成的单片RF SoC板。

拆解师主要关心的是如何设计这样的产品，如何产生高分辨率的4D图像。

本次拆解的是Vayyar基于3-10GHz的RF SoC板。针对不同国家对频率范围的限制，其后续产品还有57-64GHz和77-81GHz的，以提供更大的最大带宽和更高的分辨率范围。

根据System Plus的说法，Vayyar设计了一个小板，同时容纳RF SoC和MCU。这种设置允许RF SoC与系统供应商选择的任何外部应用处理器一起工作；集成的收发器发送和接收的大量信号，并通过高速DSP在SoC上进行处理。

UWB 4D雷达成像芯片+带有21个天线的RF版

拆解显示，Vayyar的单个RF SoC用于发送/接收3.3-10- GHz RF信号。系统使用两块板：一块用于RF收发器、SRAM数据采集和USB类型的数据流（红色轮廓）；另一个用于数据处理和BT/Wi-Fi连接（中间蓝色轮廓）。

该RF SoC配备了“一个在收发器芯片中具有大量SRAM存储器的片上DSP”。RF SoC将数据提供给安装在Walabot板上的MCU。而Walabot本质上是一款FMCW（调频连续波）雷达，是该公司研发的首先用于智能家居和手机的产品，被誉为“透视眼”，能够“让你看穿美女的一切”。

据介绍，Walabot Home跌倒检测系统使家庭成员和护理人员能够密切关注可能会摔倒的老年人。基于雷达，它可以通过墙壁和窗帘感知到人。其中一个好处是被监控的人不需要穿戴设备。

看看Walabot Home的设置初衷，它是一个智能系统，可以跟踪人们的活动，并了解他们是否摔倒需要帮助。这款小巧纤薄的器件使用了一种传感器系统，可以处理类似Wi-Fi信号的低功率无线电波来确定一个人的位置。

系统核心的RF-SoC结合了3GHz-81GHz的发射器和接收器，通过分析发送和接收的大量信号来生成高分辨率的4D图像，而无需外部CPU。由于集成了收发器和高数据处理速度的DSP，该技术能够创建精确的态势场景。

该系统可以显示人和物体的大小、位置和移动情况，无需使用摄像头就能对环境进行完整的实时分类。而且，它不像摄像头那样，不会侵犯个人隐私。

至于RF SoC，该系统采用超宽带（UWB）系统，可探测人及其在空间中的位置。UWB通过使用持续时间极短（从几十皮秒到几纳秒）的RF能量脉冲来发射和接收信号。实际上，它是一种允许在十分之一瓦的天线上利用电能达到每秒千兆比特的频带。这种技术的优点在于，由于脉冲本身的反射，脉冲的短暂性使得UWB对干扰不太敏感。

成本分析专家Stéphane Elisabeth说，RF SoC中的MCU“只将SRAM数据转换成USB数据流类型”，这一步至关重要，因为它使Vayyar的RF SoC中立且灵活，足以与系统设计师选择的任何外部CPU或应用处理器协同工作。不管是高通公司的Snapdragon，还是其他公司的应用处理器。如果需要，它都可以执行复杂的成像算法。

对于汽车应用，Tier 1和汽车主机厂正在为ADAS和车内占用检测开发成像雷达。正是这个Walabot Home系统，让Vayyar在汽车市场取得了进展。

汽车级雷达再接再厉

利用相控阵、数字波束形成和多输入多输出（MIMO）技术，汽车雷达系统的能力不断扩大。目前，特斯拉Model 3使用一台雷达（大陆ARS4-A），已具有扫描短距离和远距离的数字波束成形能力，实现碰撞警告、紧急制动辅助、碰撞缓解或自适应巡航控制（ACC）。但是，事故的频发让人们总觉得它还少点什么。马斯克死活不用激光雷达（LiDAR），能够产生高分辨率4D点云的4D成像雷达是不是可以实现更高精度的目标检测、分类和跟踪呢？

据介绍，高分辨率4D点云可以在距离上提取前所未有的4D（X、Y、Z、多普勒）分辨率，使运动目标能够在高速下立即从静止杂波中分离出来。

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Vayyar的多功能解决方案采用高性能4D片上成像雷达（RoC）形式，具有超大面积覆盖范围和超宽的方位角及仰角视野。该芯片支持先进的MIMO天线阵列设计，最多48个收发器。它能以高粒度4D点云图像生成独特的丰富和精确的数据输出。所有后处理成像和/或机器学习都在芯片上执行，消除了外部计算需求。传感器的数据满足了当前和新兴的挑战性要求，这些要求包括对车内和车外的多个目标进行跟踪和分类，从最近20厘米到最远100米。

这一独特的多功能平台大大减少了传感器和相关SOP程序的总数，降低了直接和间接成本，同时在众多应用中提供了很好的安全功能。

Vayyar汽车业务开发总监Ian Podkamien介绍说：“我们的4D成像雷达芯片可以帮助驾驶员在低速行驶时使用点云数据进行泊车辅助，在高速行驶时还可以通过盲点检测（BSD）、自动紧急制动（AEB）、前后碰撞警告（FCW和RCW）、前方横向来车预警（FCTA）和倒车预警系统（RCTA），以及对障碍物高度和其他障碍物进行预警。”

Vayyar最新的基于MIMO技术的汽车级雷达芯片覆盖3GHz-81GHz成像和雷达波段，有72个发射器和72个接收器。传感器通过集成的高性能DSP和大内存增强，可以执行复杂的成像算法，而不需要外部CPU。

智能雷达传感器实现经济高效和安全内饰

新雷达的下一代自主智能感测技术为智能座舱赋予了更大信心。在车内用一个传感器取代了多个传感器，为CPD、增强型SBR和其他车内应用提供两排座椅和搁脚空间的全覆盖。

今天的CPD主要局限于后座提醒系统。相比之下，Vayyar的传感器监控整个座舱，根据成人和儿童的体型对他们进行分类，以避免事故。

除了同时支持多个应用，该平台还减少了每个功能使用的传感器数量。例如，SBR传统上需要五个传感器，现在的解决方案只需要一个，覆盖所有五个座位，消除了错误警报，例如沉重行李引起的误报。

针对前方和后方道路，座舱外传感器空间更是一个问题，因为ADAS和AV（自动驾驶）系统占用了大量空间，更不用说布线、ECU和所需的功耗了。对于ADAS应用，2到4个Vayyar传感器可替代多达20个其他传感器，为一系列uSRR（超短程雷达）、SRR（短程雷达）和MRR（中程雷达）应用提供了优化的鲁棒性和分辨率。

该解决方案的高分辨率也非常适合更复杂的新兴ADAS功能，例如：泊车辅助、交叉路口交通警报和自动紧急制动、自动紧急制动+倒车监控+碰撞警告、盲点检测+碰撞警告+泊车辅助、自适应巡航控制+盲点检测+碰撞警告等。更重要的是，它符合包括欧洲NCAP测评要求在内的2020-2025年路线图及以后多个协议的要求。

行业需要合作创新

去年11月，美国跨国公司Koch Industries的投资子公司科KDT主导的D轮融资中，Vayyar筹集了1.09亿美元，因为这可能为Vayyar的成像传感器打开更多细分市场。

据了解，今年早些时候，Vayyar与日本汽车零部件公司爱信精工（Aisin Seiki）建立了合作关系，寻求联合开发“用于车辆的4D高分辨率短程外部传感器”，用于盲点检测等应用。

如今，Vayyar的业务已从零售和智能家居进入汽车市场，其目标是在增长领域迅速扩张。在汽车领域，Vayyar的芯片能够实现车内乘客的定位和分类、乘客性质、生命体征和姿势分析，以及360°外部地图，包括监控车辆周围的汽车、物体和行人。

英特尔前副总裁、Vayyar的CEO Raviv Melamed表示：“我们提供了一种车内解决方案，可以监控车内乘客，并在出现问题时发出警报——当婴儿意外留在车内并造成可怕后果时，我们看到了对这类技术的大量需求。”

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Raviv Melamed

两年前，法国汽车供应商法雷奥宣布将Vayyar的雷达传感器与产品集成，以监测婴儿的呼吸，并在紧急情况下触发警报。这为汽车市场的量产应用做好了准备。

当被问及公司的长期愿景时，Melamed说：“重要的是，我们的解决方案可满足欧盟NCAP高达35%的要求，同时每辆车可降低数百美元成本，在大批量车型的整个生命周期内可节省超过10亿美元。”他相信，在一个由不断增长的成本和复杂性所定义的极端竞争环境中，Vayyar经过充分测试和验证的多功能传感器是一个真正的游戏规则改变者。其业界领先的安全性、卓越的评级、完全的合规性，更能以最小的努力实现可观的规模经济。关于合作，Melamed表示，Vayyar目前正在与软银、法雷奥、博泽（BROSE）等合作，“希望在不久的将来宣布的几个激动人心的头部企业和Tier-1品牌。”

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