🍵 👩🏾‍⚖️ 📺 关于雷达的革命，截止日期和进入第四维度 ⬛️ 🆓 ❗️

在我同事关于无人电车和柴油机车的文章中提到雷达。它们广泛用于汽车行业，以实现标准的主动和被动安全功能。高度自动化控制系统（包括无人驾驶车辆）的解决方案需要更灵活，更先进的技术。在Cognitive Pilot，雷达的一个特别部门从事雷达工作，直到2019年底，它一直担任Design House，根据合同模型为汽车制造商和零部件供应商提供解决方案。现在，我们正在转向一种新的业务模式，并正在准备一个针对大量客户的雷达批量生产线-从DIY项目到初创企业和试点园区。根据认知试验项目中使用的解决方案，将为用户创建可以分为3类的成品：“ MiniRadar”，“ Industrial”和“ Imaging 4D”。此类设备广泛用于各种行业，因此有必要详细介绍它们。

退出第四维度

通常，汽车雷达无法确定物体的高度，尽管在行业中，雷达使用3D标记，而未使用它的人可能看起来像是营销策略。由于信号的物理特性（多普勒效应），它们测量3个参数[R，Az，V]：与物体的距离和角度（方位角）以及速度及其符号（物体移开或接近发射器）。用于自动驾驶汽车的一组典型传感器包括视频摄像机以及在主动安全系统中的任何天气中都能在远距离工作的雷达，并且能够对三维激光雷达场景进行精确测量。后者并不便宜（例如，Uber以约120,000美元的价格安装设备），但是仅需要获得三维点云，并且不允许您放弃其他传感器。

我们考虑过要发布一种能够取代昂贵的激光雷达的雷达：跳过分析，计算和评估的中间阶段，我马上说完全有可能做到这一点。 2017年夏季，在波导路径上使用外部天线系统创建了第一个可行的概念验证布局。有必要在精密设备上为我们的频率（高达77 GHz）生产它-对于串行模型，由于体积大和成本高，此设计不适用，但是第一个样本的目的通常是为了验证这一概念。此外，由于积极使用模拟解决方案，因此雷达不是基于最完美的元件基础构建的。同时，它不包含活动部件，并且基于数字网格和数字海图格式的架构-这就是雷达在战斗机中的工作方式。最主要的是布局可以证明产品销售的基本可能性。

然后，在CES 2018上，我们决定制造出世界上第一个带有平面天线系统的4D雷达工业版本（我们将在下面讨论），它能够测量范围，方位角，仰角和速度[R，Az，Ev，V]。为了及时开始活动，有必要在短时间内完全重新设计微波部分。合作伙伴成为了问题：为我们的项目用特殊的微波材料制作电路板花了一个半月的时间，并且花了好几次迭代才能获得工作版本。我们不得不拒绝外国承包商的服务，在俄罗斯，工厂不使用此类材料。对于工业设计（在印刷电路板材料方面也要达到概念验证的水平），我们决定选择一个亲密易懂的合作伙伴-Tomsk公司NIIPP JSC。在LTCC低温陶瓷生产线上制造天线的所有迭代都花了大约一个月的时间，在此我要特别感谢Evgeny Alexandrovich Monastyrev。

结果，我们得到了大面积最薄的陶瓷板，并在其上培育了平面天线。它需要被粘在雷达盒上，并固定在钛上（因为KTR钛和陶瓷，以便在温度变化时板不会破裂）底座：由于截止日期很长，所以我不得不从莫斯科乘飞机将其携带在行李中。然后，我们需要收集雷达，有时间进行测试，并在1月4日之前进行演示。

紧缩……正如他们所说，打破了幸福的“盘子”。一块相同的陶瓷板

显微镜下的陶瓷天线与一块带有收发器微芯片的板配对的照片，该收发器是用粗细的金线制成的

陶瓷板的承载能力很低，因此必须将其胶合到刚性底座上。此操作使用了特殊的压力机-NIIPP专家也进行了处理。最引人注目的时刻是12月27日至28日，当时在组装过程中一次复制的产品爆裂。来自托木斯克的同事们进入了我们的位置：大喊“我们不放弃我们的朋友”和“我们在拉斯维加斯”，他们启动了生产线，并于12月30日和31日开始工作，以便在1月1日之前获得组装好的系统。在2天的时间里，我们完全安装，配置和调试了硬件，到1月4日，我们进行了演示以演示其工作。当然，稍后我们使用具有必要射频属性的相同进口材料，但到2017年底，只有一家国内公司能够按时生产合适的原型。

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« CES»

我们需要创建相对便宜的紧凑型设备，而无需移动部件，以便小型初创企业甚至自制的人都能负担得起。由于无法理解物理定律，因此微波部件的开发已成为一个严重的问题：为了获得高角度分辨率，需要一个成熟的相控天线阵列。在所有雷达中，我们在板上安装以特殊形状的轨道形式实现的平面（微带）天线系统。由于射频（高达81 GHz）的高频率，传统电子设备中使用的织物不适用于其制造-需要特殊材料来确保每线性厘米的信号衰减水平较低。

另一个问题与设备的电子填充有关，该电子填充应紧凑但功能齐全。雷达在船上处理信息，而不仅仅是发出某种模拟信号-用户需要在输出端获取对象的坐标以及它们移动的方向和速度。在最近的几十年中，微电子技术取得了长足的进步，现在市场上可以买到高度集成的系统，这些系统使您可以实现许多必要的功能。最新一代的模型允许您在单个芯片上制造雷达，尽管这将是一个相对简单的设备。该芯片具有一个模拟部分，包括接收器和发送器模块，ADC以及硬件加速器模块，这些模块尤其可以进行快速傅立叶变换。该数字单元具有DSP（数字信号处理）处理器和ARM处理器。信息处理的水平与传感器本身的功能一致：在具有少量通道且角度分辨率最低的雷达中，将安装与它们的需求相对应的芯片。

所有认知飞行员雷达传感器均根据MIMO原理（多输入多输出；多输入多输出-一种空间信号编码方法，可增加信道带宽）进行操作。接收器和发射器的块在几何上是分开的，而发射器可以依次发射信号（通道的时分）或以不同代码序列的形式（通道的代码分）以及组合这些方法来发射信号。这样，您可以改善雷达的特性，而不会使结构复杂化和增加成本。这里的主要优点是减少了所需的接收通道数量。例如，在我们最小的雷达中，有3个发射机和4个接收机。发射机同时发出不同的代码序列，在3G和CDMA标准中也做了类似的事情。四个物理接收器分别接收它们并从每个发送器收集信号-结果，获得了12个虚拟接收通道，其结果是分辨率提高了三倍，而无需更改物理设计。否则，要获得相似的结果，将需要8个以上的接收路径，线路和附加ADC，这将使设计复杂化，并使雷达成本成倍增加。

我们自己完成整个开发堆栈：我们设计微波，电子填充物和其他硬件组件的一部分，并创建设备的设计。铁是非常重要的，但只是雷达的组成部分。它的工作方式以及可以提取哪些数据取决于算法：对象检测，辅助处理过滤器，代码序列-所有这些我们也可以自行设计。整个算法的数学模型，从信号的形成开始。为此，在Cognitive Pilot Mini系列雷达所基于的单芯片解决方案中，嵌入了相当复杂的固件。它可以区分各种子系统，例如，以控制模拟外围设备或硬件加速器。该解决方案经过灵活配置，可让您优化数据流及其在不同块之间的移动。

阵容

Mini系列雷达是现成的单板解决方案，可以通过CAN或SPI连接器（取决于版本）连接到例如汽车的车载计算机，甚至可以连接到DIY制造商很喜欢的Arduino微控制器。其他系列在天线系统方面与它们相似（所有型号的水平视角范围均为120°至150°），但是这些已经是来自多个模块（微波，数字处理，电源和接口）的更复杂的解决方案。它们具有更多的通道，因此具有更高的角分辨率：例如，在工业模型中，已经有32个接收器，这需要强大的计算能力。除了带有一组收发器和天线系统的主模拟-数字板之外，您还必须安装附加的数字处理单元（板），功能强大的DSP处理器和带有通过网络电缆供电的以太网适配器。

水平视角为120°-150°的成像4D雷达仍在垂直平面上泵浦光束。知道反射信号在什么时候出现和消失时，您可以采取方位，了解指向物体的光束的垂直角度，并确定该点的第三个坐标。第一代4D雷达的生产版本已获得我们多个客户的许可。自那时以来，我们一直在前进，现在正在准备一种比2017年使用的技术更先进的新解决方案。顺便说一下，这将不受合同限制，因此将对广泛的用户可用。

当前影像4D模型的照片

各种系列的设备均以功能以及结果质量来区分。Mini系列专为实施紧急制动系统，自适应巡航控制或汽车盲点监控而设计。工业传感器可用于自动化工业园区，监控系统或柴油机车中，并且先进的Imaging 4D解决方案专为自动驾驶汽车而设计。

未来的计划

自2020年初以来，我们一直在努力向广大客户提供Cognitive Pilot雷达技术。有很多进步：用于超高分辨率图像的合成孔径，基于微多普勒摄动的物体特征估计，超分辨率，基于雷达数据的定位。

高分辨率-这是雷达以光圈合成模式看到停放的汽车的方式，

我们创建了不同技术和价格段的解决方案，以便用户可以为其项目选择最佳方案。通常，有很多计划，还有很多很酷的任务（我们不会错过R＆D），因此在以下文章中，我们将向读者详细介绍所使用的技术。

关于雷达的革命，截止日期和进入第四维度

退出第四维度

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