高工智能產業研究院(GGAI)發佈報告稱，2018年中國毫米波雷達市場規模將達到60億元人民幣，同比增長44%；到2025年，市場規模有望達到270億元，市場規模可期。例如，24GHz毫米波雷達已經廣泛應用於倒車盲區檢測、無人機防撞等汽車和消費電子這樣的大眾市場。但是，市面上大多數24GHz毫米波雷達傳感器仍使用尺寸龐大、複雜且構建成本高昂的分立組件來實現，這很大程度上限制了其在工業市場的廣泛應用。
在不久前於深圳舉辦的ASPENCORE全球雙峰會上，全球領先的高性能模擬半導體企業ADI公司展示了一款應用於交通路況監控、實時追蹤目標車輛位置等工業級場景的24GHz雷達全鏈路解決方案。據ADI技術專家介紹，該方案基於ADI 24GHz雷達全信號鏈，如雷達天線、信號收發、濾波、模數轉換等，以及具有競爭力成本的ADI DSP處理器平臺，從軟硬件層面進行全面的系統優化，實現低成本的解決方案。
圖1：ADI展示基於24GHz雷達演示平臺的智能交通方案
同時，基於系統級優化的嵌入式雷達信號處理與探測算法，加上基於人工智能的多傳感器融合、多目標檢測與跟蹤開放式架構，ADI公司這款方案可實現最多同時探測64個目標的應用場景，特別適用於交通路況監控等工業級應用場景。
一款可幫助高速開發的雷達系統原型方案
筆者瞭解到，ADI公司針對評估、設計和製造雷達傳感技術的公司所面臨的上市時間挑戰，推出了一款24GHz雷達系統級原型解決方案——DemoRad。該演示雷達系統是一款新穎的雷達評估平臺，提供開箱即用的軟件，可在數分鐘內設置雷達傳感器。演示雷達可對雷達產品進行快速原型製作，從而實時測量目標/對象存在、運動、角位置、速度以及距離。
圖2：24GHz演示雷達平臺顯示發送(左)和接收(右)天線
基於ADI公司一流的元器件硬件與信號處理技術，該原型平臺包含了天線和完整的射頻到基帶信號鏈，包括ADI的24GHz芯片組和Blackfin數字信號處理器(DSP)。其中，前端包含兩條發射(Tx)和四條接收(Rx)通道，天線位於印刷電路板的一側，24GHz射頻芯片組、模數轉換器和DSP位於相反一側，如下圖所示。
圖3：ADI一流技術，構建RF-基帶完整信號鏈
據ADI展位工作人員介紹，這些多通道支持多路輸入多路輸出(MIMO)功能，可以提高傳感器的角分辨率。使用兩個發送輸出和適當的天線位置可以生成七條接收通道——四條實際通道和四條虛擬通道，一條通道重疊。
此外，信號處理選項包括原始數據採樣和數字後處理，主要由ADI Blackfin庫中提供實時快速傅立葉變換(FFT)和控制固件。此係統可處理高達每IF通道1.2MSPS的數據速率。ADI DemoRad平臺可通過USB 2.0接口連接至搭載包含極易使用的圖形用戶界面(GUI)軟件的計算機。這一GUI可控制24GHz前端，還可訪問雷達算法庫。或者，ADI DemoRAD平臺還能調用MATLAB中開發的自定義例程，如2D/3D雷達FFT、CFAR和分類算法，寫入用於後處理的原始傳感器數據，十分易於設計與調試。
圖4：ADI DemoRad平臺可通過計算機進行調試與設計
採用FMCW調製方式，ADI DemoRad具有哪些優勢？
據悉，ADI DemoRad演示雷達平臺針對發送波形使用FMCW調製方式。圖5說明了FMCW下，顯示斜坡或掃頻波形以及定義性能的雷達公式。距離分辨率取決於發送載波的掃描帶寬，發送掃描帶寬越高，雷達傳感器的距離分辨率越高。速度分辨率取決於發送天線工作時間和載波頻率，載波頻率越高或發送天線工作時間越長，速度分辨率越高。角分辨率取決於載波頻率，載波頻率越高，角分辨率越好。
圖5：FMCW雷達概念
對於ADI DemoRAD平臺而言，其監測最遠至200m且分辨率約為75cm的對象範圍和速度。根據天線陣列設計，水平視野(FOV)方位角約為120度，垂直視野約為15度，對比業內同類產品擁有突出的性能。
不僅如此，雷達系統信號鏈還包括DSP中的一些基本算法：FFT、波束合成和CFAR。FFT提供距離和速度數據，波束合成可估計角度位置，CFAR可在出現雜波或其它噪聲時檢測目標。ADI DemoRad主要用於採集時域和頻域中的雷達信號，不包括高級目標檢測或對象分類算法。而基本目標檢測和目標分類在主機PC上運行，這一應用開發通常由終端系統開發人員執行，他們瞭解雷達傳感器的工作環境以及所需的對象檢測類型，ADI DemoRad對此十分適用。
多操作模式供選擇，靈活性成ADI DemoRad關鍵詞
眾所周知，一個原型系統除了高性能、易於調試等特性外，靈活性/可配置性依然不可或缺，從而適應不同條件的測試環境與需求。ADI DemoRad 24GHz雷達系統級原型解決方案，擁有高可靠的雷達性能以及多樣的操作模式使其備受開發者青睞。
FMCW雷達：在FMCW模式下，ADI DemoRad平臺可以測量靜止目標的距離，目標的下變頻接收信號的頻率與到該目標的距離成比例。內置FFT可確定頻率。使用距離-時間顯示選項可以查看移動目標，同時顯示屏會存儲多個FMCW掃描。
距離-多普勒：在距離-多普勒模式下，ADI DemoRad平臺可以確定到目標的距離以及速度。距離-多普勒模式是最強大的模式之一，因為它能夠通過評估二維傅里葉變換同時處理多個發送斜坡或掃頻，並將處理的數據顯示在距離-多普勒圖上。距離-多普勒非常強大，它可分離距離相同、速度不同的目標。這對於識別不同方向的多個快速移動目標非常有用。例如，解決汽車朝相反方向移動或超車期間的複雜交通情況。
圖6：利用2D FFT獲取的距離和多普勒頻率
數字波束成形(DBF)：在DBF模式下，ADI DemoRad平臺顯示目標的距離以及與該目標所成的角度。來自四個接收通道的信號用於估計目標的角度，顯示屏顯示XY平面中各目標的空間分佈。在此模式下，系統配置與FMCW模式下的相同，但對IF下變頻信號的處理方式不同。在計算距離之後，通過評估四個接收通道之間的相位差來確定目標的角度。在DBF模式下，需要進行前端系統校準，以消除接收通道之間不必要的確定性相位差。每個演示雷達系統都具備工廠校準數據，在GUI運行時加載，隨後會先校正採樣的IF信號，再評估傳感器的測量數據。
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