毫米波雷达：汽车驾乘安全的守护天使

摘要：越来越多中等甚至低成本的汽车正在广泛搭配辅助驾驶技术，技术平权的观点也获得了普遍认可。驾乘者的辅助驾驶体验，需要更安全以及更可靠的电子系统作为底层支撑，构建环境与汽车之间沟通的重要桥梁就是传感器。

越来越多中等甚至低成本的汽车正在广泛搭配辅助驾驶技术，技术平权的观点也获得了普遍认可。驾乘者的辅助驾驶体验，需要更安全以及更可靠的电子系统作为底层支撑，构建环境与汽车之间沟通的重要桥梁就是传感器。

汽车辅助驾乘安全需要各类传感器的配合，毫米波雷达就是其中一项相对新兴的技术，毫米波雷达和图像传感器一样，都可以感知外部环境信息，可应用于前向雷达、角雷达以及成像雷达等等多个方面，可以与摄像头一起进行数据融合，提供最可靠的感知数据。

另外，除了车辆外部之外，毫米波雷达还可以感知汽车内部环境，从而进一步保护驾乘安全。比如车内儿童检测、车辆乘员检测/定位和分类以及入侵者检测等感知场景，利用毫米波雷达都可以确保更高的安全性。

单芯片毫米波雷达优化系统设计

毫米波频率大致范围是 10GHz - 200GHz，目前汽车应用主要分为三个频段，24GHz、60GHz 以及 77GHz。频率越高的毫米波，波长就越短，检测目标就越精细但实现难度更高。目前车外应用主要以 77GHz 为主，也有部分 24GHz，车内雷达则以 60GHz 为主导，但值得注意的是，60GHz 毫米波目前尚未在无线电管理领域形成统一标准，需要与监管机构合作以获得更多许可或说明。

毫米波雷达传感器相对于图像传感器具有多种优势，包括可以穿透塑料、衣服和玻璃等非金属物体；不受雾、雨、雪和不良或刺眼光线等环境因素的影响；可以准确的感知呼吸和心跳等活体指标；另外还有一个关键则是毫米波雷达不会储存任何影像资料，可以保护隐私。

以往，雷达系统通常需要使用多个分立芯片来构成，这些雷达系统体积庞大、功耗高且售价不菲。如今，毫米波雷达芯片供应商可以利用 RF-CMOS 工艺，将射频收发单元、PLL、模拟数字信号链以及数字处理部分整合在一起。但尽管如此，很多解决方案都需要一个外部的 MCU 或 DSP 来处理雷达数据。以德州仪器为代表的供应商，真正把所有雷达子系统都集成到了单芯片中，从而将雷达系统的尺寸和外形尺寸缩小了 50%，并且降低了系统成本和硬件开发门槛。

CPD 功能确保儿童安全

CPD (Child Presence DetecTIon) 儿童遗忘提醒功能，是最近一项热门的舱内安全部署方案，该场景可以充分体现出毫米波雷达的优势——更精细及可靠的探测，更好的隐私性以及更灵活的部署。

据美国一项调查显示，1990 年至 2023 年期间，约有 1083 名儿童被留在车内因中暑死亡；过去五年间，平均每年有 40 名儿童因此死亡，在这其中有超过一半以上是父母不知情状态下遗留造成的。为了预防这种悲剧一再发生，世界各国都开始正视 CPD。比如欧盟已经将 CPD 技术列为 “E-NCAP 2025” 的标准配置之一，要求 2025 年所有新车辆必须配备 CPD 技术才能获得最高安全评分，美国的热车法案也有望于 2025 年通过，中国 2024 的 C-NCAP 上也首次将 CPD 纳入评价体系。

CPD 主要由几大系统构成，包括检测系统及提醒系统。一般而言，CPD 检测的实现方式分为直接识别和间接识别两大类别，提醒系统则包括了手机通知、汽车警报等方式。

直接方式指通过尝试检测心跳、呼吸、运动、或其它生命指征来判定车内否存在活体生物。间接方式指通过车门打开、压力感应、电容感应等一些逻辑信息来推断车内人员存在的可能性。例如，压力感应通过检测座椅上的压力变化来判断是否有儿童遗忘在车内。间接方式的优点是准确性高，容易安装；缺点是对放置的物体会有误报，而且对于不在座位上的活体无法有效检测。目前，主流直接检测方式主要包括了摄像头、UWB 以及毫米波雷达三大主流技术。

CPD 应该选择哪种技术路径

值得一提的是，从 2025 年开始，只有采用直接传感技术的 CPD 解决方案才能获得 E-NCAP 评分，所以直接识别方式无疑是未来市场的重点。另外，E-NCAP 还提高了检测覆盖要求，例如脚垫上，后备厢等都需要检测到。

其中摄像头由于隐私及光线遮挡等问题，并不适合最新的 CPD 要求。60GHz 毫米波雷达和 UWB 则是目前相对可靠的 CPD 方案。

其中，UWB 的功能相对单一，只能实现 CPD，若要实现入侵检测和占位检测等功能，还需要增加额外的超声波模块和重量传感器模块。但是毫米波却可以“一芯三用”。

“一芯三用”的高集成毫米波雷达芯片成本是 UWB 方案的 80% 左右，因此为了简化开发流程并减少成本，毫米波或是一个更佳选项。

毫米波雷达明星产品 AWRL6844

AWRL6844 是德州仪器新推出的毫米波雷达传感器，通过运行边缘 AI 算法的单个芯片，支持用于座椅安全带提醒系统的占用检测、车内儿童检测和入侵检测，助力更安全的驾驶环境。

作为一款雷达传感器，优秀的射频前端不可少，这也是确保感知可靠性的关键。AWRL6844 集成了四个发送器和四个接收器，组成的 16 个虚拟通道可提供更高的空间分辨率，并且成本经过优化，非常适合 OEM 使用。

同时，雷达传感器还需要集成更强大的算力，从而针对数据进行各类处理和计算。AWRL6844 具有双精度 FPU (200MHz) 的 Arm™ R5F 内核，以及用于 FFT、对数幅度和 CFAR 运算 (200MHz) 的硬件加速器 (HWA 1.2)，另外还包括用于雷达数据后处理的 C66x DSP (450MHz)，片上 RAM 共计 2.5MB。

强大的多核异构处理器，让 AWRL6844 除了可以运行标准的各类检测分类之外，还可以部署 AI 算法，这对于车内检测而言非常方便，有助于实现快速且准确的新功能。

比如对乘员进行可靠的检测和定位，甚至通过智能聚类算法滤除车辆运动产生的噪声，准确地识别行驶车辆中的乘客。特别的，针对儿童遗忘提醒，可以采用混合处理的方法加速部署。通过传统雷达处理技术提取关键信息，本地机器学习模型则可以区分成人和儿童，这种混合方法能够更快地对检测模型进行调优和修改，从而缩短部署时间，且分类准确率超过 90%。高准确的分类检测功能可以提高安全带提醒和安全气囊展开等系统的可用性，比如座椅上放置的重物将不再触发安全带提醒，或者识别车内是儿童时，安全气囊可以以不同的速度展开，从而降低撞击伤害的风险。

而在在入侵检测方面，AWRL6844 的机器学习能力可以更好的滤除环境中的噪声，以更大限度地减少因车辆晃动或车辆外部的运动而触发的错误警报，并缩短检测周期，从而提升用户体验。

更强大的安全性也是舱内毫米波雷达的重要组成，任何一个汽车功能都有可能遭到黑客入侵或攻击，随着汽车电子部件的互联功能越来越高，攻击面也在逐步增加，为此需要保证每个节点的安全规范。在功能安全相关方面，AWRL6844 达到了 ASIL-B 安规要求。在信息安全上，AWRL6844 带有可编程嵌入式硬件安全模块 (HSM)，支持安全认证和加密启动，以及各种秘钥算法及加密硬件加速器，其中包括 SM2、SM3、SM4 国密算法在内，并满足 ISO21434 网络安全认证。

德州仪器的毫米波雷达家族

德州仪器的毫米波雷达产品系列涵盖了从高性能雷达前端到超高分辨率、低功耗小型单芯片雷达的所有产品。无论是舱外的停车辅助、角雷达、前向以及 4D 成像雷达，还是舱内或近场应用的包括入侵者检测、儿童遗忘提醒、安全带提醒、隔空识别、门雷达等等，都有经过专门优化的一系列产品相对应。

创新的封装技术

传统发射和接收天线通常安装在 PCB 上，但是对于基板、PCB 设计复杂性、天线布局等都带来了挑战。对此，TI 也相应开发了两种天线技术，从而节省天线的开发成本、尺寸以及功耗。第一个是 AoP (Antenna-on-package) 封装天线技术，将天线组件直接集成到了封装基板上。另外一个是 LoP (Launch-on-package) 封装上装载技术，只需从裸片到封装基板再到波导发射的两次射频转换，然后便可以通过 PCB 波导将射频信号直接馈送到 3D 天线，这一改进减少了信号损失并提高了整体 SNR。