车载雷达应用及频率划分现状

产业观察IndustryObservation2017.12数字通信世界471引言为了减少由于交通事故引发的人员伤亡，利用雷达技术提高汽车的主动安全性能已成为当今汽车制造业努力的方向。基于雷达技术的前向碰撞报警系统、前向主动防撞系统、自适应巡航控制系统不断成熟，并在逐步应用。2车载雷达分类目前车载雷达主要包括超声波雷达、激光雷达和毫米波雷达。不同雷达的原理不尽相同，性能特点也各有优势，可实现不同的功能。2.1超声波雷达超声波雷达是利用传感器内的超声波发生器产生40kHz的超声波，再由接收探头接收经障碍物车载雷达应用及频率划分现状房骥，杨渊，刘瑞婷，彭潇，刘晓勇（国家无线电监测中心检测中心，北京100041）摘要：利用雷达技术提高汽车的主动安全性能已成为当今汽车制造业的趋势，本文介绍了目前使用的车载雷达的分类及应用；根据车载雷达使用的不同频率，进一步介绍了24GHz、77GHz和79GHz频段车载雷达在世界不同国家的频谱划分及未来规划情况；最后介绍了我国汽车雷达产业的发展现状及面临的挑战。关键词：无线电；频率；雷达；毫米波doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.12.016中图分类号：TN92文献标示码：A文章编码：1672-7274（2017）12-0047-04反射回来的超声波，根据超声波反射接收的时间差计算与障碍物之间的距离。超声波雷达成本较低，但探测距离相对较短，只有几米，通常用于泊车系统中，且超声波雷达会受限天气条件。2.2激光雷达激光雷达通过向目标发射激光束，将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而实现对目标的探测、跟踪和识别。激光雷达具有分辨率高、精度高、抗有源干扰能力强等优点，通常其测距精度可达几个厘米。主要应用于无人驾驶系统，例如：谷歌无人车、百度无人车都采用了激光雷达。激光雷达也会受天气影响，在大雪、雾、霾时功能会受限，且价格昂贵。Abstract:Theuseofradartechnologytoimprovethevehicle'sactivesafetyperformancehasbecomethetrendoftheautomobilemanufacturingindustry.Thispaperintroducestheclassificationandapplicationofvehicleradar.Further,introducethespectrumallocationandfutureplanningof24GHz,77GHzand79GHzfrequencybands.Finally,introducethedevelopmentandchallengesofChina'svehicleradarindustrystatus.Keywords：Wireless;Frequency;Radar;MillimeterwaveFangJi,YangYuan,LiuRuiting,PengXiao,LiuXiaoyong(TheStateRadioMonitoringCenterTestingCenter,Beijing,100041)ApplicationandFrequencyDivisionofVehicleRadar作者简介：房骥，男，汉族，1984年生，博士，国家无线电监测中心检测中心工程师，主要研究方向为无线通信、软件无线电、干扰共存、智能交通、无线电检测。产业观察导航天地GNSSWORLDIndustryObservation2017.1248DIGITCW2.3毫米波雷达毫米波雷达指工作在毫米波波段的雷达，其频率范围通常在30GHz-300GHz，波长从1cm到1mm。毫米波雷达探测距离较长，可达200多米，可以对目标的距离、速度以及方位进行测量。毫米波雷达具有穿透力强、分辨率高等特点，可穿透雨、雾、霾、烟、尘对物体进行探测，不受光线影响，可在全黑环境下工作。由此可以看出，超声波雷达探测距离相对较短，主要应用于汽车倒车控制系统。激光雷达探测距离远、精度高，但容易受雨、雪、雾等不良天气的影响。毫米波雷达探测距离远、分辨率高、运行可靠，测量性能受天气等因素的影响较小，主要应用于高级辅助驾驶系统。3车载雷达应用3.1根据探测距离分类根据车载雷达的有效探测距离，可以将车载波雷达分为长距雷达（LRR）和中距雷达（MRR）和短距雷达（SRR）。长距离雷达最远探测距离为250米，探测角度为18°，应用于自适应控制、紧急制动和碰撞避免等。中距离雷达最远探测距离为120米，探测角度为90°，主要用于盲点检测、变道辅助等。短距离雷达最远探测距离为40米，探测角度为110°，主要用于泊车辅助、碰撞预警等。3.2根据使用频率分类根据车载雷达使用的频率范围，可将车载雷达分为：24GHz窄带雷达（24.00-24.25GHz）、24GHz超宽带雷达（24.25-24.65GHz）、77GHz雷达（76-77GHz）和79GHz雷达（77-81GHz），使用不同频率的雷达占用带宽不同，探测性能也不同，具体性能指标见表1。其中24GHz雷达主要用于短中距离，通常安置在车后方，可探测车身周围环境（行人、车辆等）、盲点，实现泊车辅助、变道辅助等功能。77GHz雷达用于中长距离测量，通常安置在车前方，实现自动跟车、自适应巡航、紧急制动等功能。79GHz雷达主要用于短距离，用于探测、区分近距离物体，可区分人与车。3.3根据雷达安装位置分类根据雷达在车上的安装位置，可分为前向雷达、后向雷达和测向雷达。前向雷达使用长距雷达和短距雷达，实现自适应巡航、碰撞预警、紧急制动等功能。后向雷达使用中短距雷达，实现后方碰撞预警、倒车碰撞预警、变道辅助等功能。测向雷达使用中短距雷达，实现盲点检测、变道辅助、开门报警、自动泊车等功能。4全球车载雷达频率划分使用情况在无线电业务分类中，车载雷达被划入了无线电定位业务的范畴。4.124GHz频段应用于车载雷达的24GHz频段包含24GHzISM频段（24.00-24.25GHz）和24GHzUWB频段，各国使用的24GHzUWB频段不尽相同。欧洲24GHzUWB雷达工作在21.65-26.65GHz和24.25-26.65GHz频段。由于工作在24GHz的其他应用可能受到来自24GHz汽车雷达的干扰，为了减少汽车雷达对其他业务的干扰，欧盟限制了24GHz车用毫米波雷达发射功率，仅用于短距离雷达。在2005年1月，欧洲委员会ECC/DEC/(04)03决议决定21.65-26.65GHz频段在2013年7月1日停止使用，24.25-26.65GHz频段于2022年1月1日停止使用。所有新生产的24GHz宽带短距离车载雷达将转移至79GHz，逐渐将车载雷达的使用频率24GHz频段调整到79GHz频段，但已安装在汽车上的24GHz雷达可在其生命周期内继续使用。美国24GHzUWB雷达工作在22.00-29.00GHz和23.12-29GHz频段。美国近期宣布计划停止使用24GHzUWB频段。我国于2012年发布《工业和信息化部发布24GHz表1不同频率车载雷达性能参数使用频率24GHz76-77GHz77-8GHz最大带宽250MHz2.4GHz(UWB)1GHz4GHz雷达类型中距雷达短距雷达中距雷达短距雷达中距雷达长距雷达中距雷达短距雷达探测距离70米30米80米40米60米250米80米30米水平探测范围60°150°16°120°60°17-30°＞110°距离分辨率60厘米6.25厘米15厘米3.75厘米产业观察IndustryObservation2017.12数字通信世界49频段短距离车载雷达设备使用频率规划》（工信部无〔2012〕548号），将24.25-26.65GHz频段规划用于24GHz短距离车载雷达。为推进我国5G系统发展与实施，2017年6月工业和信息化部公开征求将24.75-27.5GHz作为5G毫米波频段的意见[2]。根据国际对于24GHzUWB频段的使用计划，预计未来我国会对车载24GHzUWB频段进行重新规划。4.277GHz频段应用于车载雷达的77GHz频段为76-77GHz。欧盟1992年10月通过了针对道路安全的ERC/DEC/(92)02决议，将76-77GHz分配给汽车雷达使用，并于1998年6月发布了76GHz-77GHz短距离雷达设备技术指标和测试方法及应用，包含汽车巡航控制系统，碰撞预警系统，防撞系统等规定。美国2012年将76-77GHz频段划分给雷达使用。在2017年6月之前，76-77GHz汽车雷达被作为FCC47Part15设备管理。2017年6月，美国更新了法案，将76-77GHz频段汽车雷达设备作为FCC47Part95设备管理。我国2005年发布了《微功率（短距离）无线电设备的技术要求》，将76-77GHz频段规划给了车辆测距雷达使用，并将其定义为免执照的微功率应用。4.379GHz频段应用于车载雷达的79GHz频段为77-81GHz，用于实现高精度短距离雷达应用。在世界无线电大会WRC-15之前，车载雷达尚没有全球统一的频率划分，77.5-78GHz频段并没有被分配给无线电定位业务。工作在77-81GHz的汽车雷达仅被视为某种设备，属于次要业务，须接受来自其他业务的干扰并且不能对其他业务造成干扰。WRC-15期间，1.18议题确定将77.5-78GHz频段被分配给无线定位业务，至此77-81GHz频段被全球统一划分为无线电定位业务，可用于汽车雷达，并且在76-81GHz之间的汽车雷达被定为主要业务。欧盟CEPT认为77-81GHz频段是惟一可以作为全球车载雷达的频段，在2004年根据DEC2004/545/EC决议将77-81GHz分配给汽车雷达使用。美国于2017年6月将77-81GHz频段划分给汽车雷达业务，并将76-77GHz频段和77-81GHz频段汽车雷达设备统一归属为FCC47Part95设备管理。俄罗斯国家无线电频率委员会在2010年10月将76-77GHz和77-81GHz频段分配给汽车短距离雷达使用。新加坡在2011年修订了短距离超宽带标准，允许汽车雷达工作在77-81GHz频段，相关技术标准须遵循欧洲相关标准。日本在2017年1月将77-81GHz频段划分给汽车安全应用，相关标准为ARIBSTD-T111。香港在2017年1月将77-81GHz频段划分给汽车雷达系统。此外，韩国、澳大利亚等国也在考虑将77-81GHz频段分配给汽车雷达业务使用。中国工业和信息化部2016年11月发布《关于同意车载信息服务产业应用联盟开展智能交通无线电技术频率研究试验的批复》（工信部无函〔2016〕450号），在安徽省合肥市、辽宁省大连市、江苏省泰州市、四川省绵阳市四个试点城市开展77-81GHz毫米波雷达无线电频率技术研究试验工作[3]。5汽车雷达产业发展情况目前，知名汽车雷达厂商主要为以下4家（简称ABCD）：A：Autoliv（瑞典·奥托立夫）以24G毫米波雷达产品为主，是戴姆勒集团24G毫米波雷达的主要供应商。B：Bosch（德国·博世）全球最大的一级供应商，以77G毫米波雷达产品为主，已在多款车型上广泛应用。C：Continental（德国·大陆集团）24G和77G产品均有，是戴姆勒集团77G毫米波雷达的主要供应商。D：Delphi（美国·德尔福）以77G产品为主，其成本较高。对于车载雷达来说，前端单片微波集成电路是毫米波雷达的关键部件，然而这项技术主要被国外零部件巨头垄断，国内在此领域尚处于起步阶段。此外，汽车零部件巨头对车载雷达的掌控除了硬件工艺本身之外，对于后端雷达信号的处理、决策及与整车控制系统之间的联动是其核心竞争力，国内车载雷达与车辆控制系统之间无法顺畅连接，造成国产车载雷达产业发展缓慢。近几年，我国涌现出一（下转第39页）技术研究TechnologyStudy2017