2月7日,助力智慧交通——“中国芯”新一代高频高性能超距毫米波雷达新技术新成果发布会在北京成功举行。此次发布的新一代高频高性能超距毫米波雷达由河北交通投资集团联合北京理工大学毛二可院士创新团队研发。研发团队认为,该成果在技术上实现了“中国芯”、远距离、全覆盖、高可靠、高精度、多场景六大突破,它首次采用国产94GHz毫米波雷达芯片,打破了高频段毫米波雷达芯片进口受限局面,解决了核心元器件“卡脖子”的技术难题,实现了高频段毫米波雷达芯片的自主可控;探测纵向距离达1200米以上,横向覆盖范围达50米,精度高、抗干扰能力强,有效解决了传统毫米波雷达远距探测能力不足的问题,将引领智慧交通感知能力建设迈向新台阶,对促进车路协同、打造中国式现代化智慧交通具有重要意义。
新一代超距毫米波雷达的一个重大突破是成功研发了“中国芯”——94GHz毫米波雷达芯片。射频芯片是雷达的核心元器件。应对当前的芯片限制及信息安全等问题,研发团队开展了94GHz多通道收发毫米波雷达芯片集成设计、流片工艺和封装工艺等关键技术研究,创新性采用硅基和化合物异质集成封装技术,实现了92～96GHz宽频带毫米波雷达芯片自主可控,填补了国内技术空白,标志着我国在高频段毫米波雷达芯片研发方面取得重大技术进步,对毫米波雷达芯片及毫米波雷达产业发展具有重要意义。该雷达的应用将为多形态韧通感知网络提供有力技术保障,引领我国智慧交通建设进入新阶段。
2020年,河北交投集团在国内首次提出并成功研发77GHz千米超距毫米波雷达,将单体雷达探测距离由200-500米提升至1000米。2021年在雄安新区160公里的对外骨干路网规模化应用,稳定可靠的精准感知能力和雷视融合成效得到业界认可,在全国智慧交通建设领域起到引领作用。
当前汽车雷达普遍采用79-81GHz,在这一频段,汽车和路侧雷达同频,若雷达抗干扰能力不强,易形成相互干扰,从而制约了车路协同技术的进一步发展。为探索车-路高质量协同发展之路,河北交通投资集团联合北京理工大学毛二可院士创新团队在国内率先完成新一代94GHz超距毫米波雷达的研发,实现了“中国芯”、远距离、全覆盖、高可靠、高精度、多场景六大突破。
新一代94GHz超距毫米波雷达在远距离、全覆盖、高可靠、高精度方面实现了新的突破。
为优化智慧高速建设成本,远距离探测一直是雷达的研究热点。现有雷达多采用调频连续波体制,通过发射多个重复脉冲序列,在距离速度二维频谱上获得相参积累增益,能量积累效果有限。对此,创新团队基于MIMO体制雷达波形设计理念及准则,创新性采用复杂MIMO波形组合及跨域相参积累信号处理方法,进一步提高了测速精度和数据刷新率,将雷达探测距离范围提升至了1200米以上,实现了对目标的高精度、远距离的实时跟踪。
随着经济社会的发展,汽车保有量逐年攀升,10、12车道等高速公路进入发展行列,应急车道在交通拥堵状态下的开放问题越来越迫切,94GHz超距毫米波雷达进一步扩大了检测视角,横向覆盖范围达50米,同时增加俯视探测能力,可满足双向12车道大场景无盲区目标检测要求。
高可靠方面,94GHz超距毫米波雷达采用复杂波形编码、目标参数高分辨估计等技术,有效解决了复杂交通场景、超密集电磁环境等雷达同频相互干扰、检测失真等问题。雷达工作温度为-40℃～+85℃、防护等级为IP67,在高温低寒、雨雪等恶劣天气情况下,仍可保持稳定探测性能,支撑实现道路全天时、全天候通行。
高精度方面,超距毫米波雷达采用近端大视角宽波束和远端高增益窄波束相结合的方式,实现近端、远端同时保持0.2米的定位精度,实时输出目标的速度、位置、车辆类型等信息,目标单次扫描处理时延低于70毫秒,同时满足高传输功率和大工作带宽,在距离、速度、角度分辨率及精度方面相较于现在使用的24G和80GHz雷达有明显优势。
超距毫米波雷达不受场景应用限制,可全天时全天候超视距感知交通状态,当前实现的场景包括正常路段的高速车辆目标监测、拥堵场景下低速乃至停车的探测 ,实现重点车辆跟踪、危险驾驶行为监测和预警,全域事件检测及事故智能跟踪,雷达视频感知联动等场景,适用于直路、弯路、匝道、跨线桥、枢纽互通等多场景安装,实现智慧高速全天时、全天候、全路段实时监控,为全天候交通出行提供基础数据支撑。
该雷达在交通运输领域主要有以下四大应用场景:一是全域事件检测。组网后可实现全路段波束覆盖,通过采集车辆定位信息,分析车辆行驶状态,瞬时判别事故事件信息,在最短时间内实施有效的事故应急救援。同时可判断异常停车、超速行驶、压线变道、逆行等危险驾驶及交通违法行为;识别交通拥堵等道路状况,为交通治理提供便利,为提升道路畅通提供数据支持;二是强电磁干扰环境目标检测。实现了交通与车载雷达频段的大幅度区分,规避车路间电磁干扰,进一步设计基于脉间频率捷变,实现波形分集,抑制交通雷达间的电磁互扰,极大提高智慧交通复杂密集电磁环境中的抗干扰性能,提升了车端、路端数据的准确性,消除了安全隐患。三是车路协同融合感知。当服务于智能网联车辆时,该雷达以超低时延功能将雷达探测数据发送至车端,协助L3、L4级智能网联车辆提高周边态势感知和分析能力,实现避碰、车道级导航、危险预警等功能。当服务于非智能网联车辆时,借助雷达实时传输的超视距感知信息,实现车道级定位和智慧驾驶引导,对事故车道、施工车道、危险路段提前研判,提升车、人、路、物信息获取能力,保障更便捷、更安全、更绿色的出行。四是无盲区全天候交通状态感知。在俯仰探测维度采用波束赋形技术,解决常规雷达“灯下黑”问题,兼顾远距检测范围,实现单雷达下方无盲区感知,并通过多雷达组网技术,增加雷达覆盖重叠区,进一步提高数据可靠性。
