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恩智浦新处理器功耗减半性能翻倍 三大策略可对抗雷达干扰发布日期:2021-10-27 11:28:22    

来源:环球体育网页版

  6月23日,车东西受邀参加了恩智浦举办的雷达解决方案媒体沟通会。会上,恩智浦半导体大中华区雷达产品市场经理杨昌对新推出的S32R294雷达信号处理器进行了介绍,恩智浦半导体大中华区汽车电子首席系统架构师黄明达则分享了来自白皮书《汽车应用中的雷达间干扰简介》的内容。

  杨昌表示,S32R294雷达信号处理器采用了16nm工艺,可以针对4D点云雷达做信号处理。虽然尺寸上还是7.5×7.5mm,与上一代产品S32R274无异,但性能提高了一倍,且功耗只有大概0.9W,不到上一代产品功耗的一半。

  要提升雷达系统的整体性能,除了研发更好的硬件,软件层面也要同步提升。黄明达介绍,未来可能会有非常多的新车都会搭载多种、多个雷达,而雷达往往都在用同样的频谱,即76-81GHz。

  假设相向而行的两辆车都搭载前射雷达,二者的雷达在同一时间发射频率相同或频谱有部分重叠的电磁波,那么二者的雷达就会互相干扰。如果是在拥挤的城市道路上,前车的后射雷达与后车的前向雷达产生互相干扰的概率就更高了。

  雷达互相干扰带来的后果可能是对障碍物视而不见,也可能是在空旷路面上“无中生有”、自己吓自己。

  目前,恩智浦已经探索出了三种降低雷达干扰概率和程度的办法,包括避免前端饱和、识别和并消除数字域干扰和调整雷达波形。

  黄明达认为,随着汽车四化改革的深入,雷达的新车装车率必将越来越高。恩智浦预计,到2021年全球约60%的新车将配有雷达。作为在雷达领域深耕十余年的企业,恩智浦将在雷达硬件和软件方面“两手抓”,为车企和消费者提供安全、高效、可靠的雷达解决方案。

  一个多月前,恩智浦发布了新一代雷达信号处理器S32R294,引起了业内广泛关注。为了让媒体和客户更好地了解这款芯片,恩智浦半导体大中华区雷达产品市场经理杨昌出席了此次沟通会,并对这款产品进行了深入介绍。

  杨昌表示,S32R294有两个Power Architecture e200z7 32-bit内核,用于雷达信号的后处理和任务调度,如超分辨算法、信号聚类、目标追踪等。此外,它还有一对锁步的Z4内核,用于运行跟功能安全相关的软件,如AUTOSAR OS, 输出决策指令等。

  S32R294还内置雷达信号加速单元,简称SPT2.8,它对雷达中频信号的FFT、求模、峰值检测、直方图统计等最耗资源的运算进行硬件加速,是专门服务于FMCW雷达的信号处理加速单元。

  杨昌表示还,S32R294新处理器对上一代带处理器的软件兼容性也非常好,软件复用率高达80%。同时,得益于16nm制程,新处理器的性能比上一代55nm制程处理器提高一倍,功耗却只有0.9W左右,不足上一代产品功耗的一半。

  此外,S32R294具有多种配置,可以支持从入门到高端的全系应用开发,如支持一发三收,三发四收,六发八收等中频信号的处理。

  中频信号处理主要是从中频信号中获得距离,速度,和角度信息,其中,基础的距离,速度,角度信息由SPT2.8计算求得,后续的数据交由Z7和Z4核,负责后续的超分辨算法,信号聚类,目标追踪,决策等功能。目标级数据和决策指令通过CAN FD接口,输出到后端的车身控制单元,或者ADAS域控制器。

  六发八收的毫米波雷达最多支持2片芯片级联,它有两路MMIC,是恩智浦TF82系列的微波集成电路,两片芯片通过LO相连,实现芯片间的同步。MMIC芯片的波形是由MCU通过SPI Configuration通道控制它的波形发射。接收链路接收到的中频信号也是通过MIPI-CSI接口传输回到MCU去做后续的处理。

  也就是说,S32R294可以支持从低端到高端的多种功能,允许车企对其进行灵活布局。当雷达接收的通道数更多,整套雷达系统的视场角就可以更宽,可以实现横向防撞预警,代客泊车,4D点云成像等高级辅助驾驶功能。

  恩智浦半导体大中华区汽车电子首席系统架构师黄明达介绍,根据恩智浦的预测,到2023年全球大约60%的新车将搭载至少一颗雷达,届时不同车辆的雷达间互相干扰的问题将愈发严重。作为深耕雷达领域十余年的企业,恩智浦有责任、有义务探索应对雷达干扰的对策。

  产生雷达干扰的原因主要有两个,第一是所有的雷达都在用同样的频谱,即76-81GHz。在中国,目前只有76-77GHz可以用,厂商们已经向政府申请开放77-79GHz但暂时没得到许可。第二是不同供应商的雷达有着不同的波形参数配置。

  假设相向而行的两辆车都搭载前射长距离雷达,且二者雷达的视场(FOV)都比较窄。当两辆车越靠越近,二者雷达的视场发生重叠,并且雷达在同一时间、同一频谱中处于活动状态时,二者的雷达就会互相干扰。

  雷达干扰带来的影响主要有两种:第一,底噪会极大提升。如果雷达发现一个被测物体,会在测距的距离FFT上出现一个尖峰,也就是说ADC采集的雷达原始信号通过FFT之后会发现在10米的地方有一个障碍物。这峰值两边是它的底噪,当尖峰高出底噪很多时,雷达系统可以很明确地判断出来这是一个障碍物,当它受到一定的干扰时,底噪就会提高。

  如果是一个相对雷达来说微小的物体比如是一个人,很有可能真正的检测信号就会因为受到干扰,底噪提升而被淹没在底噪下面,这样的话雷达就没有发现前面的行人,如果没有做紧急制动可能会产生严重后果。

  简言之,雷达干扰带来的结果很可能是对障碍物视而不见,也可能是在空旷路面上“无中生有”、自己吓自己。以上两种情况都很容易引发人类或者自动驾驶系统的误操作,所以当雷达的装配率越来越高的时候,所有雷达供应商都需要去解决这个问题。

  在正常雷达操作中,发射的雷达信号传输到目标,被目标反射和吸收,然后传回雷达接收器。接收功率根据双向路径和目标反射率进行衰减。其他雷达产生的干扰信号通过单向路径直接传输到受影响雷达,没有由于目标反射和吸收带来的能量损耗。

  黄明达介绍到,这张图中蓝色的线是有效的反射信号,红色的线是干扰信号,有效的反射信号是打到被测物体上再返回来,其衰减与距离的四次方成正比;干扰信号则是从对方的雷达直接发射过来,其衰减与距离的平方成正比。

  随着距离拉远,从目标返回的有用信号与直接潜在干扰源发出的信号之间存在较大的功率差异,意味着该干扰源可能会导致雷达传感器前端饱和。这种饱和类似于相机被强光照射时所发生的情况,此种情况下相机中将不会有图像。

  因此,雷达干扰解决方案应包含避免前端饱和的技术,这样至少可以保证系统能够接收到一部分有用信号。例如,雷达接收器可以具备至少两个前端,且两个前端采用不同的增益设置。采用不同增益设置的前端。在灵敏度方面,增益较低的前端平时的探测灵敏度较低,但在受到干扰时至少能够看到反射特征较强的目标。

  当射频前端的信号发射接收之后传给MCU的时候基本是一个中频信号(比如1MHz的信号),理想情况下它是一个很好的正弦波。如果有干扰的话,正弦波会在某一个时段有一个非常大的干扰信号,频率提高且幅值也会变得很高,这样的话可以用高通滤波器以及一些阈值的检测,甚至可以用短时傅里叶变换去做干扰信号的检测。

  当检测到这个时间段内有干扰的时候,可以把这个时间段的信号都认为是干扰信号,从而把它去除,比如可以用差值的办法再把它还原成有效的正弦波等类似方法。此外,恩智浦还有很多更高级的算法可以放在MCU里面去做。

  在通过算法有效地减少干扰之后,系统便会知道在这个频段上是有干扰的,然后自动切换到其他没有干扰的频段上去。

  一个常见的方法是通过以随机的时间或频率发射信号,将发射信号与伪噪声(PN)序列相乘,并将接收信号与同一序列相乘,因此对有用信号没有影响。

  另一个方法包括随机化传感序列的开始时间。雷达传感信号由类似信号的多个副本组成,通过接收器结合到一起,从而提高系统的灵敏度。在默认设定下,这些序列的间隔相等,但更先进的解决方案会更改开始时间,这样便避免了因两台车雷达在同一时间、同一频谱中处于活动状态而带来的雷达干扰。

  硬件上,S32R294雷达信号处理器性能优良功耗低,可以支持从低端到高端的多种功能,允许车企对其进行灵活布局。当雷达接收的通道数更多,整套雷达系统的视场角就可以更宽,可以实现横向防撞预警,代客泊车,4D点云成像等高级辅助驾驶功能。

  软件上,恩智浦充分考虑到了雷达干扰的成因和影响,并提出了避免前端饱和、处理数字干扰和调整发射器设定这三大解决方案。

  目前,各个国家、地区的道路上都还有不少没搭载任何形式雷达的老旧车辆在行驶,所以雷达干扰这个问题并没有凸显出来。然而随着汽车四化改革加深,以及相关政策对于整车安全性要求的提升,雷达在新车中的普及率必将显著上升,届时雷达干扰问题恐怕将成为不少车企和车主的烦恼。

  恩智浦未雨绸缪,提前给出了解决方案。未来,如果雷达的普及率飙升、雷达干扰成为行业痛点,解决办法可能就在恩智浦这里了。返回搜狐,查看更多

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