Чипсеты 4D-образующего радара обеспечивают точное распознавание объектов для автосенсоров нового поколения

Радар набирает популярность, особенно с достижениями, обещающими идентификацию/классификацию объектов и более высокое разрешение по широте — чего традиционные радары не могли. С этими новыми инновациями радары становятся самыми востребованными сенсорами среди автопроизводителей и Tier-1, разрабатывающих высокоавтоматизированные автомобили.

Решение радарной системы (Источник: NXP)

В ответ на высокие ожидания автомобильной индустрии NXP Semiconductors объявила о начале поставок образцов комплекта новых радарных чипсетов, состоящего из процессора S32R45 и новых 77-ГГц трансиверов TEF82xx.

NXP, пioniровавшая RF CMOS радары своим первым чипом «Dolphin» пять лет назад, является ведущим поставщиком автомобильных радарных решений.

4D-образующие сенсоры NXP могут измерять не только дальность и скорость, но также «высоту, направление и угол прихода, идентифицируя объекты с гораздо более высоким разрешением», — объяснил Торстен Леман, исполнительный вице-президент и генеральный менеджер по RF-обработке, в интервью EE Times. С 4D-образующим радаром, понимающим не только горизонтальную, но и вертикальную плоскости, автомобиль может, например, определить, проехать «под» или «над» объектом, сказал Леман.

«Представьте сцену: автомобиль едет со скоростью 80 км/ч по шоссе, а мотоцикл — маленький объект с низкой отражающей способностью — приближается сзади со скоростью 200 км/ч», — сказал он. В отличие от камер и лидаров, эти улучшенные радары могут идентифицировать мотоцикл, изначально далеко, и распознать, что эти два объекта движутся с разной скоростью, — объяснил Леман.

(Источник: NXP)

До сих пор радар был единственным сенсором, способным работать на расстоянии более 300 метров, распознавая объекты на высоких скоростях. Ни камеры, ни лидары не справляются с такой дальностью и скоростью.

С появлением высокорезультационных образующих радаров многие поставщики, включая NXP, стремятся позиционировать радары как единственный высокоскоростной сенсор, работающий в худших погодных и световых условиях.

Масштабируемость

NXP не единственная, говорящая о 4D-образующем радаре. Continental в прошлом сентябре объявила, что использует FPGA Xilinx для развёртывания первого производственного 4D-образующего радара, ожидаемого в пассажирских автомобилях в 2021 году.

Учитывая опыт NXP в объёмном производстве 77-ГГц RF CMOS трансиверов и процессора S32R45, компания заявляет, что её 4D-образующий радарный чипсет может существенно снизить стоимость и повысить энергоэффективность по сравнению с реализациями на общего назначения FPGA. Однако NXP воздержалась от указания степени снижения стоимости/потребления.

Фил Магни, основатель и президент VSI Labs, сказал: «Мы долго следим за этой сферой. Иронично, но впервые я услышал об этом от презентации NXP несколько лет назад. Тогда это позиционировалось как потенциальный конкурент лидара, так как новые радары могли производить точечное облако».

Очевидно, NXP давно планировала запуск 4D-образующего радара.

Но аргументация NXP меняется. Вместо простого продвижения способности производить точечные облака, акцент компании сместился на масштабируемость, предлагаемую набором новых радарных решений.

NXP теперь 선전ует «общую платформу, масштабируемую по разным сценариям использования», от углового радара и дальнего фронтального до образующего. Это важно для индустрии, ищущей технологии для прохождения требований New Car Assessment Program (NCAP), требующих лучшей производительности в слепых зонах и автоматическом экстренном торможении. Хотя NCAP не указывает предпочтительные сенсорные технологии, автопроизводители — под давлением выполнить требования NCAP — ищут лучшие радарные технологии, способные обнаруживать объекты в углах и спереди, объяснил Леман.

нажмите для полноразмерного изображения

(Источник: NXP)

Для слепых зон и помощи в следовании полосе в автомобилях Level 1 и 2 работает комбинация одного трансивера TEF82xx и процессора S32R45. Добавление адаптивного круиз-контроля и предупреждения о столкновении спереди и сзади для L2 и L3 требует двух трансиверов вместо одного. Для разделения и классификации объектов, требуемых L4 и L5 автономными автомобилями, OEM могут объединить четыре каскадированных трансивера с одним радарным процессором.

Ключ в том, что на протяжении перехода к более высокой автоматизации автопроизводители, которым нужно адресовать разные бренды и модели, смогут использовать единую платформу, предназначенную для повторного использования ПО и железа.

Переход к 4D-образующему радару

Эволюция автомобильных радаров, однако, запутана маркетинговым жаргоном.

Традиционные радары — иногда называемые 2D — перешли как образующие радары. «Образующий радар по сути создаёт массив, где плотность измерений увеличивается драматически», — объяснил Магни. «Традиционный 2D радар груб по сравнению и производит только одну точку на объект. Но образующий радар даёт много точек, чтобы лучше понять, что отслеживается». Подводя итог, он отметил: «Образующий радар даёт вертикальное разрешение, тогда как традиционный работает в одной плоскости».

Как тогда 3D и 4D образующие радары отличаются?

«Думаю, время используется как четвёртое измерение. Я слышал это от нескольких других компаний и так они это используют», — заметил Магни. Но он добавил: «Честно говоря, 4D — это больше маркетинговый хайп, чем что-то иное, потому что временной элемент получен из доплера. Так что если это так, то традиционный 2D мог бы называться 3D».

Другими словами, временной элемент всегда был критичен для того, что предлагают радары. На тот же вопрос Леман из NXP ответил, что четвёртый элемент 4D-образующего сенсора — «латеральное разрешение». 4D-образующий радар лучше понимает окружение, определяя, может ли автомобиль проехать под или над объектом.

Разрешение по широте

«Более высокое разрешение по широте» переводится в более высокое вертикальное разрешение, отметил Магни. «Это сама по себе одна из более важных характеристик».

Это обсуждение напоминает случай Джошуа Брауна. Tesla Model S Брауна убила водителя, столкнувшись с тягачом, переезжавшим его путь на шоссе US 27A во Флориде в мае 2016. Широко сообщается, что Tesla, оснащённая камерами и традиционным 2D радаром, предположила, что может проехать под гигантским прицепом, и врезалась прямо в него.

Фото показывает правую сторону полуприцепа. Область в красном овале подсвечивает повреждения от столкновения с Tesla S Брауна. (Источник: National Transportation Safety Board)

Мог ли 4D-образующий сенсор предотвратить такую фатальную аварию? Магни сказал: «Да, этот тип радара не был бы склонен к ложноположительным срабатываниям традиционного радара. И он не допустил бы аварию Tesla».

Высокопроизводительные трансиверы и радарная обработка

Новый TEF82xx NXP — 75 мм x 75 мм — построен на втором поколении RFCMOS по 40-нм технологическому процессу. Компания заявляет, что он может удвоить RF-производительность для усиленного 센синга по сравнению с предыдущей версией.

Новый трансивер также предлагает 4-кратное снижение фазового шума вокруг цели, позволяя лучшее разделение объектов. Он поставляется с 6-битным фазовым ротатором для приложений по управлению лучом и поддержкой продвинутой модуляции MIMO.

Новый радарный процессор S32R45 построен на 16-нм FinFET процессе. Он предлагает до 4-кратную поддержку каскадированных трансиверов для «точного картирования окружения и улучшенного понимания сцены» в автомобилях L4 и L5, заявляет компания.

нажмите для полноразмерного изображения

Блок-схема S32R45. (Источник: NXP)

Важно отметить, что S32R45 способен на новые радарные ускорения. Конкретно, он предлагает новый «линейно-алгебраический радарный ускоритель», обеспечивающий до 64-кратную производительность по сравнению с ядром ARM A53, согласно NXP. Это переводится в запуск «супер-разрешающих алгоритмов направления прихода (DoA) и истинной MIMO-работы даже в неблагоприятных погодных условиях», утверждает NXP.

Возрождённые споры: лидар против радар

NXP заявляет, что её новый 4D-образующий радар предлагает угловое разрешение менее 1 градуса. Но как он сравнивается с лидаром?

Леман отметил: «Если вы говорите о высокопроизводительном лидаре — как механический вращающийся, используемый Waymo, он может производить гораздо более гранулярные точечные облака, так как предлагает угловое разрешение менее 0,1° или 0,5°». Он добавил, но такой лидар «объёмный и стоит тысячи долларов».

Магни заметил: «Есть слухи, что Tesla рассматривает образующий радар для платформы Model 3, и это был бы хороший ход, потому что он даёт лучший ответ на неиспользование лидара». Раскладка System Plus Consulting показала, что Tesla использовала 2D радар Continental, как сообщал EE Times.

Однако, по Магни, Tesla перешла от Continental к Bosch для большей дальности. Он объяснил, что это оба 2D радары с ограничениями традиционных. «На мой взгляд, переход к образующему радару Tesla был бы проницательным. Понимайте, образующий радар производит точечное облако. Хотя оно ниже разрешения, чем у Лидара, [всё равно] это огромное улучшение по сравнению с традиционным радаром», — сказал Магни.

В итоге, Магни подчеркнул: «Я не собираюсь выбрасывать лидар под автобус пока».

По его мнению, лидар сейчас имеет огромное преимущество над радаром, даже если разрыв может закрываться с новыми радарами. «Одним из ключевых приложений лидара является его способность выполнять относительную локализацию относительно базовой карты. Это жизненно важно для городских роботакси и шаттлов, и я не думаю, что вы могли бы вытеснить лидар для этой задачи».

Магни заключил: «Лидар не исчезнет даже с приходом 4D радара. Скорее можно сказать, что новые радары преодолевают некоторые ограничения традиционного радара».

Доступность

Новый радарный чипсет NXP, поставляемый образцами сегодня, перейдёт в серийное производство в 2021 году. Угловой радар, фронтальный радар и 4D-образующий радар будут выпущены в течение нескольких месяцев 2021 года, но все три станут доступны во второй половине, сказал Леман. Он отказался комментировать цены.

>> Эта статья была впервые опубликована на нашем партнёрском сайте EE Times.