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毫米波雷达是自动驾驶主流传感器,打破垄断需资本支持

方象知产研究院 2019-04-24 11:12 发文

上一篇《4个雷达10万美元 自动驾驶真离不开激光雷达?》中,我们介绍了激光雷达的主要特点及技术发展方向,相对于激光雷达,毫米波雷达技术较为成熟,从上世纪90年代开始就应用于自适应巡航,2012年英飞凌推出24GHz单片雷达方案,陆续拓展到ADAS的各个功能模块,是现阶段的主力传感器,全球出货量超过千万级。

在自动驾驶上应用的毫米波雷达逐步从24GHz向77GHz和79GHz逐步发展,监测范围和精度持续提升。目前自动驾驶毫米波雷达仍然被世界巨头垄断。方象知产研究院认为,国内厂商如能解决资金压力问题,加快研发进程并实现量产,可能降低国内自动驾驶成本及对国外相关技术的依赖。

一、毫米波雷达是唯一能“全天候全天时”工作的核心传感器

毫米波雷达指工作在毫米波波段的雷达,发出和接收的实质上是电磁波,频段高于无线电,低于可见光和红外线。通常毫米波是指30~300GHz频域,波长为1~10mm的电磁波,毫米波的波长介于厘米波和光波之间,因此兼有微波制导和光电制导的优点,这个频段和波长范围及特性适合车载雷达的应用。

毫米波雷达通过发射电磁波并通过检测回波来探测目标的有无、距离、速度和方位。由于毫米波雷达发射出去的电磁波是一个锥状的波束,造成了本身特点:毫米波雷达的优点除了较强的可靠性外,能够在全天候全天时工作,即在不良天气、夜晚等环境下可以发挥作用,而激光雷达会受雨雪雾霾的影响;并且毫米波雷达测距远,200米以上都轻易胜任,而激光雷达一般主流的在150米以内。同时因为反射面比较大,缺点就是分辨率低、较难成像,无法识别图像。

图1:传统毫米波雷达示意图

来源:富士通天株式会社

由于毫米波雷达能够全天候全天时工作,因而成为自动驾驶不可或缺的主力传感器,一般在L3级别中长距离毫米波雷达至少需要4-5个,L4/L5级别再加上侧向需求,毫米波雷达甚至需要8个以上。

图2:自动驾驶主流传感器功能特性示意

来源:北科天绘

二、77 GHz和79GHz应用是毫米波雷达的技术发展趋势

毫米波的频段里很多频率区域的电磁波在空气里传播很容易被水分子、氧气吸收,所以可用的就是几个典型的频段,在毫米波频段开放给民用的波段有24GHz、60GHz、76-79GHz、120GHz等,其中,在汽车中应用较多的是24GHz和77GHz,79Ghz也逐渐开始应用。

针对汽车应用中的各种系统,24GHz开放得最早,目前应用较普遍。24GHz主要面向5-70m的中短距探测,主要应用有BSD、LDW、LKA、LCA、PA等,最核心的应用是BSD,市场需求来自中国品牌汽车。

77GHz雷达探测距离更远、分辨率更高、抗干扰能力更强,主要面向100-250米的中长距探测,核心应用是ACC、FCW、AEB等。77GHz雷达分辨率较24GHz 雷达已经高出了不少,但仍仅能获取点目标,探测目标物的距离、速度、方位等信息,却不能识别目标物是什么。从这一点上,79GHz毫米波雷达更胜一筹,但目前79GHz毫米波雷达尚实现未大规模量产。

表1:不同频段毫米波雷达的特点及应用

来源:麦姆斯咨询,公开信息

随着车用雷达系统对精度要求的提升,精度更高的77GHz雷达甚至79GHz正逐渐成为汽车领域主流传感器。

表2:车载毫米波雷达应用及发展趋势

来源:Yole Development

三、毫米波雷达市场前景良好,但国际巨头垄断明显

目前国内的主机厂都在逐渐上毫米波雷达的项目,根据佐思产研的研究,2017年中国毫米波雷达市场规模约为13.4亿元,到2021年预计能达到96.7亿元,2016-2021年均增长率约为70.6%。

图3:2016-2021中国国内毫米波雷达市场规模(亿元)

数据来源:佐思产研

主机厂之外,全国的毫米波雷达创业企业在20家左右,团队往往是科研背景、军工背景、或供应商跳槽创业背景。国内毫米波雷达企业多为高学历研究人员导向,研发基础和执行力都较强,定位在对接自动驾驶方案提供商和一级供应商。但是企业都面临资金问题,毫米波雷达从自动驾驶应用方案落地到实现量产还需要较高的资金支持。方象知产研究院梳理了我国主要的毫米波雷达企业及产品特点如下(见表3)。

表3:我国典型毫米波雷达企业及产品状况

来源:达晨财智,车云网

从世界范围来看,全球毫米波雷达市场被博世、大陆集团、海拉、富士通天、电装、采埃孚天合、德尔福、奥托立夫、法雷奥等厂商垄断,这些9家巨头2016年的毫米波整体市场占有率达到88%。中国企业在市场经营上相比国际巨头仍有较大的差距。

图4:2016年全球毫米波雷达市场格局

数据来源:高工智能

目前中国市场中高端汽车装配的毫米波雷达传感器全部依赖进口,市场被美、日、德企业垄断,价格昂贵,自主可控迫在眉睫。国内自主车载毫米波雷达产品总体处于研制阶段,大规模量产产品有限。

四、方象观察:国产产品的研发落地量产将打破巨头产品的制约

目前自动驾驶技术快速发展,毫米波雷达因为其全天候全天时的特性以及相对成熟的技术发展水平仍是必不可少的传感器。世界巨头占据了大部分市场,国内企业在加强研发生产有一定的资金需求。如果国内毫米波雷达产品能够替代巨头产品,将影响我国自动驾驶方案的成本和技术依赖,在市场中将占有优势。

方象知产研究院认为,随着自动驾驶逐步落地和等级提升,未来毫米波雷达向77GHz和79GHz发展已成必然的技术趋势,国内毫米波企业产品的研发和落地,将有望打破国际巨头产品的制约,促进自动驾驶的实现。



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