演讲嘉宾：北京聚速微波技术有限公司 CEO 王东峰
北京聚速微波技术有限公司前身成立于2006年，到现在已经十多年的历史了，十多年里面我们专注于研发民用的微波雷达。目前主营业务是汽车毫米波雷达，在交通雷达和安防雷达方面有非常好的产品和非常好的市场份额，近几年在研究无人机相关应用的雷达，以及其他民用微波雷达。经过这十多年的技术沉淀，总结下来公司有以下几方面的核心技术，一个是微波雷达的设计技术，另外是雷达核心方面相关的射频、微波天线技术，另外一个是雷达联合和信号处理技术。
公司现在人员规模是100人左右，核心技术人员40人左右，核心技术人员来自于科学院或者是重点高校，硕士以上比例占到80%，在北京的开发区还有一个生产厂地，这个生产基地每年向市场上输送大概2万到3万台的交通安防等方面的雷达。
毫米波雷达是我们这几年的研发重点，毫米波雷达显而易见是为无人驾驶服务的，无人驾驶也是这几年来全球的热点，也是未来的大势所趋，它可以让我们的汽车和驾驶行为更加安全，更加经济，能够给人类提供更多的价值。无人驾驶本身是一个综合的系统工程，可以从环境的感知到对信号的处理再转化成对于驾驶行为（的纠正）。这里面如何全面、准确、可靠的感知汽车的周边环境，是整个综合工程的一个基础。感知周围的环境用到各种传感器的融合和综合感知，这几年来比较热门，比较实用的三个传感器是视觉、毫米波雷达和激光雷达。
毫米波雷达是非常稳定可靠的传感器，整个工作状态非常稳定，是无人驾驶方面不可或缺的一个传感器。随着微波芯片的成本降低、技术降低，毫米波雷达设计也有很大的灵活性，这是毫米波发展的一个有利的地方。我们从技术的角度看一下微波毫米波汽车雷达的发展历史，可以看到70年代开始微波雷达技术已经在汽车方面得到应用，那会频段很低在X波段10GHz左右，基本的功能是以测距为主。随着技术的进步，逐渐从测距发展到测距测速，以及到现在的测角。作用距离上来说，最早近程到中程，到现在的远程。频段从最早的10GHz到中间24GHz，以及现在达到77GHz，近几年来国际标准把汽车雷达频段确定到77GHz这个频段上，所以我们能够看到这几十年来汽车雷达发展是逐步演进的。
产品的角度，汽车的毫米波雷达可以根据ADAS 功能对应不同配置，这里技术难度最大的是正前方的ACC或者是FCW的毫米波雷达。毫米波雷达是服务于ADAS的，所以根据每个ADAS系统设计的不同，毫米波雷达也有不同的设计指标和设计方式，我们可以看到国外主流厂家的毫米波雷达或多或少都有一些技术上和指标上的差异。综合看一下毫米波汽车雷达的历史，其实主要是围绕着两方面的矛盾进行的。一个方面是毫米波雷达需要作用距离很远，但作用距离远之后，天线照射的范围宽了以后，增益会降低，所以作用距离远和它的宽角度覆盖范围是一个矛盾。第二个矛盾是作用距离远和测量精度的矛盾。毫米波雷达的演进一直围绕着这两个矛盾来进行，从最早的一些机械扫描雷达，到后期有公司做的介质透镜雷达，以及后面高成本的相控阵，到现在是数字波合成方案。最后一致的目标是把远距离、高的测角精度和测角精度在单一雷达上进行综合。
整个微波雷达收发前端有很多芯片组成的，后期出现集成化的微波收发芯片，典型的是飞思卡尔推出了一个套片，三个套片组成多发多收的微波前端功能。前两年开始，像ST等公司都把前面的收发功能进行更高度集成，用单芯片来完成整个收发的过程，而且是多收多发的。整个微波雷达里面还有一个核心部分是多通道高速的AD材料，芯片厂商更进一步，已经把微波收发部分和AD集合在一起。今年下半年TI会推出集成度最高的一款芯片，能够做到把多收多发的毫米波的前端和高速AD和DSP做成一个芯片，用单芯片变成了一个单雷达的解决方案，外部配天线变成了雷达系统。从芯片工艺来说，产品体积越来越小，集成度越来越高。
芯片给毫米波雷达发展奠定了基础，但是毫米波有一些自身的技术难点，这里包括车辆目标的散射特性复杂，而且信号动态范围非常大，远距离测距与视场探测是一个矛盾。77GHz是非常高的微波频率，天线设计、微波电路设计等方面的设计容差和加工误差要求非常高，对工艺要求非常高，这个给未来汽车雷达的量产及前面的研发都带来了很大的困难。
聚速微波前面几年是在24GHz平台上开发了交通雷达和安防雷达等，也开发过24GHz的前向防撞雷达，2013年我们开始能够获取到77GHz的雷达收发芯片，开始研发77GHz的毫米波雷达。第一代毫米波汽车雷达当时用的飞思卡尔的三个芯片一套的解决方案，分别是一个发射芯片，一个接收芯片和一个VCO组合，但是这个芯片不能锁向，很多其他指标也有缺陷。我们很快就开发第二代产品，第二代产品把它定义为一个近程、中距离、远程三合一的单一雷达产品。远程我们要达到200米左右的探测范围，它的距离分辨率是1.5米，近程要覆盖近处60米探测范围，它的探测角度要稍微宽一点，要超过90度，这个对并线、自行车、行人闯路可以及时监控到，而且分辨率非常高。
这里的核心芯片我们用的是比较主流的，一个是ST出的77GHz的4收3发的核心芯片，还有NXP没有进行量产的3000系列芯片，还有今年TI推出的77GHz毫米波芯片，所以前端我们用的是ST的3发4收芯片，后端处理器传统的用IPG、DSP的方案成本和体积都降不下来，我们采用了NXP专门用的超级MCU。整个ST芯片性能还是能够达到产品定义设计要求，2.6W芯片功耗有点大，需要进行芯片散热的设计。5775 MCU适合毫米波雷达用，里面最重要的特点是把毫米波雷达信号处理两维的FFT有硬件加速处理单位，以及有专用的SPT信号处理工具箱，可以把常规处理在硬件上处理完了，给后续目标识别与跟踪留下非常大的硬件资源进行处理。另外本身是面向车级的，所以组件也必须丰富。
我们现在的设计是在一个大概6厘米左右平方的电路板上，把整个系统集成在一个多层混压的电路板，整个毫米波的芯片提供多发多收的射频功能，只需要配上自己设计的天线。天线采用的是侧面馈电的方式，芯片自身又带有高速AD，和背面的数字系统技术高速互联。我们把整个数字处理系统布线布在单电路板的背面，重点要解决的几个方面设计难点，包括天线和微波芯片的匹配以及布局关系，因为这个是高频辐射，对于整个电路影响还是很大的，所以这里面要考虑到隔离度。考虑到电路匹配以及接收天线等相位设计，因为后面接收通道要对后面到达角度和距离测量，所以相位标的是非常重要的一个方面，也采用了串联组阵形式，第一是易于电路板的设计技术，也保证天线在水平面方向有非常好的对称性。因为车开出去之后左右一定要高度对称的。另外这里要考虑散热，整个板材集成在一起有好几瓦的发热功率，可以看到配合整个单板设计，我们有一个小型化设计，这里既考虑散热，又考虑在不增加很多体积的情况下的防水设备。另外前面天线罩的设计也有很多要考究的地方，包括材料的选择，包括天线罩的厚度和天线之间的间距配合，这个我们都是通过仿真工具在天线设计的时候把天线罩的参数和天线设计是放在一起进行仿真的，并把微波方案进行实测。
最后雷达的实物大家可以从这个图片上看到，整个戴上外壳之后的尺寸是7厘米×7厘米左右，集成度很高的板。整个正面天线、收发面和芯片部分非常简单，背面整个数字系统很简洁，最后我们裁减到看组件输出的形式，经过和天线配合设计，整体下来体积非常小。
下面看一下跟雷达信号处理相关的部分。从雷达调制来说可以采取的调制方式非常多，大家比较熟悉的有三角波调制、还有FRK等等，我们在前期过程中有多种雷达调制，包括多斜率三角波调制，它适合于场景比较简单的，就是目标不是很多，两三个可以有效解决，好处是运算量比较小，用一个中等资源数字处理系统可以完成。但是它实现的精度比较低，对于复杂的路况场景适应性要差一些，所以我们从用高速的处理能力更强的处理器开始，我们回归雷达经典的单斜率锯齿波调制，它的好处是算法精度非常高，但是它的计算量比较大，对AD要求也比较高。
这里边通过测速和测距不能确定多目标的位置，所以还需要关系到最终目标的角度测量，每个目标的雷达角度测量是通过多个接收天线定位信息测量的，理论上讲两个接收天线可以在发线上进行精度测量，现在的便利是提供4个接收通道，多个接收通道可以让角度测量更准确，对多个目标识别有好处。
整个算法归为一个阶段，每一帧周期里面进行判断和选取，这里面用到动态的阈值和频点聚类，然后进行多周期的目标跟踪，通过卡尔曼滤波进行跟踪，通过目标判别，真实目标输出。第一步我们用到了动态的阈值和频点聚类两个比较关键的技术，从动态阈值角度考虑，随着距离变化，目标噪底和杂波噪底是不一样的，所以我们要用动态的杂波作为阈值才可以选出合理的目标。选出来的目标可能是比较零散的，我们通过一种聚类的方式把这些目标聚集成单个的目标，因为每个目标散射类型比较复杂，所以我们构造杂谱的函数，为目标进行聚类。
目标跟踪是我们自己研发的三级缓冲的跟踪机制，单周期对目标进行聚类，形成后选目标，后选目标进行匹配和卡尔曼滤波确定目标，最后聚类效果可以使每个目标轨迹非常清晰。
最后介绍一下我们公司正在研发的第三代汽车毫米波雷达。我们打算做成发射相控的，接收数字波束合成的，这样成本相对高一些，但是可以解决的问题也很多，因为通过数字波束合成可以合成出增益非常高，角度非常窄的收发角度，通过收发角度高速的旋转，我们可以对前方进行扫描，这样对多目标的跟踪和识别有非常大的好处，能够让这个雷达的性能得到极大的提升，我们会选用现在的多收多发的毫米波芯片进行定点，最后形成角度发射通道合成发射，12路接收通道合成接收波束，在发射波束可选方案是3个固定指向波束，每个发射波束里面包含多个接收波束，最后形成一个系统，应该是当前来说能够达到的最佳性能的毫米波雷达。