高性能模擬技術如何在自動駕駛領域扮演關鍵角色？

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今年年初，ADI公司總裁兼首席執行官Vincent Roche在對2018年的創新發展趨勢的前瞻性觀察中就指出，儘管會因為一些有待解決的監管法規和技術問題而受到局限，但一些採用自主系統的項目計劃還會繼續讓我們看到進展，例如在限定地區試行部署無人駕駛計程車以及卡車和火車等長途運輸將成為近期內在無人駕駛方面取得實質性進展的應用之一。

從最近全球自動駕駛汽車的應用現狀來看正在印證這樣的預測，例如前不久無人車全球領頭羊Alphabet 旗下公司Waymo就開啟了大步走模式，宣布向菲亞特·克萊斯勒（FCA）採購 62000 輛 Pacifica 混動廂式車用於打造無人駕駛計程車隊。事實上，這樣的例子還可以找到不少。

在很多人的眼中，自動駕駛汽車是充滿了黑科技的神秘新事物。在小A的眼裡，自動駕駛就是大量硬體與軟體的系統設計。那麼問題來了，獨佔高性能模擬技術鰲頭的ADI，在自動駕駛領域是啥角色呢？

ADI在汽車安全和自動駕駛領域長期耕耘，自動駕駛是ADI汽車事業部的重要策略和投資方向之一。這些年，咱們達成了這些小目標——

• 當今四分之一的汽車安全氣囊系統使用了ADI MEMS感測器（背景知識：自從率先推出商用MEMS運動感測器以來，ADI公司在開發汽車安全氣囊、穩定性和防側翻系統的創新解決方案方面已積累近25年的豐富經驗）。
• ADI技術出現在最新開發的一半汽車雷達模塊中（這得感謝超過15年的24GHz和77GHz汽車雷達技術經驗）。
• 此外，ADI公司的一些關鍵技術使其擁有獨特的優勢，能夠大批量開發和生產難以製造的激光雷達器件（話說，我們已經擁有獨特的激光雷達技術咯）。

微波雷達，360度感知全覆蓋

做雷達設計的工程師對這些術語一定在熟悉不過：接收路徑AFE、接收機下變頻器、頻率合成器、鎖相環、單片微波集成電路(MMIC)……。沒錯，這些都是雷達設計中不可或缺的高性能模擬技術。事實上，ADI的微波信號鏈解決方案在業界汽車雷達設計中也有非常廣的應用。

現階段雷達主要用於高級駕駛輔助系統中，例如碰撞預警和緩衝剎車、盲點檢測、車道變換輔助等，然而高性能雷達技術對傳統的微波信號鏈技術能力有著極高的要求。ADI在汽車雷達領域有著16年的記錄，並成功開發打造了一款以「Drive360」命名的創新雷達技術平台，以提供最高水平的性能和距離解析度。除了成熟的24GHz微波雷達技術，它還支持76 GHz至81 GHz的完整頻段，能夠使其長期可用。

Drive360雷達圍繞28nm CMOS技術構建的完整射頻比特流解決方案，能夠使雷達平台能提供最高程度的數字信號處理集成靈活性。同時ADI豐富的RF IP還支持實現高度差異化的波形和演算法。採用Drive360雷達的產品還能可靠地檢測形狀更小、移動速度更快、距離更遠的物體（如摩托車、行人、動物等），這樣高的性能可以在關鍵時刻避免事故的發生。

預防型安全技術——激光雷達

雷達在未來的全天候自動駕駛應用中必定居於支配地位，雷達擅長評估運動和到目標的距離，它可以在任何光線和任何天氣下檢測物體，但它只是瞬間決策解決方案的一部分，目前的系統還不能提供關於其所發現物體的很多細節。事實上，雷達可能無法區分一棵樹和站在樹旁邊的行人，但這種區分很重要，因為樹不會從路沿上走下來。我們還需要如攝像頭和激光雷達（LIDAR，激光探測與測距）這樣的其他感測器輔助。但與成熟的微波雷達技術相比，雷達所佔成本確實還只是激光雷達當前成本很小的一部分。

像雷達一樣，激光雷達能在黑暗中和大多數天氣條件下工作，激光掃描可以提供道路上物體尺寸和形狀的非常準確的圖像。然而，激光雷達系統目前價格昂貴，功耗高，產生的數據量大，體積大且難看。事實上，道路上的大多數自動駕駛汽車都很容易被識別，因為車頂上安裝了笨拙激光雷達系統。即使你可以忽略這種「視覺標誌」，在經銷商那裡的價格標籤也讓你難以忽視：目前許多汽車激光雷達的價格是汽車平均售價的兩倍多！

一個大問題是大多數激光雷達系統是為飛機上的自動駕駛系統和實驗項目而設計的。必須根據汽車行業的需求重新設計系統架構。ADI公司的激光雷達工作始於內部創新者的想法。幾年來，該團隊一直在努力為汽車市場開發感測器到雲激光雷達系統。目標很簡單：製作激光雷達系統，使其在攝像頭和雷達無能為力時能夠足夠好地檢測物體，同時尺寸足夠小，成本足夠低，適用於商用汽車。我們目前正在開發原型，並設法進一步提高性能和減小尺寸。ADI公司最近收購了Vescent Photonics，該公司開發了一種固態激光波束引導技術。此次收購將幫助ADI公司縮減激光雷達系統的尺寸和成本，消除笨重的機械引導，同時提高性能和可靠性。

作為傳統微波技術的領頭羊，ADI自然也將激光雷達作為了 Drive360自主駕駛解決方案戰略的關鍵支柱。現階段ADI正在大量投資開發經濟高效的真正純固態激光雷達技術以促進汽車激光雷達系統的主流採用，並讓汽車供應商和 OEM 能夠在客運車輛中部署基於激光雷達的ADAS和自主駕駛應用。

ADI公司是高速放大器和數據採集領域的全球領先企業，而放大器和數據採集對激光雷達而言是必不可少的關鍵技術；此外數字信號處理也很重要，它將激光雷達系統產生的數據洪流拼接成可理解的車身周圍世界三維視圖。這正是ADI公司50多年來不斷創新的領域。

慣性測量單元

全球主流的導航一般採用的是GPS或者中國發展的北斗衛星定位系統，但這些衛星導航技術也有它自身的劣勢，例如在隧道中經常會因為信號不好而導致無法使用，或者在市中心的高樓里GPS信號容易被折射反射信號不穩定帶來的誤差等問題。此外，GPS更新頻率過低（僅有10Hz）也不足以提供足夠實時的位置更新。所以僅靠GPS還無法滿足自動駕駛的定位需求，我們還需要一種更好的設備來彌補GPS的不足，而慣性測量單元（IMU）就是業界公認的最佳解決方案。GPS/IMU組合系統通過全球定位和高達100Hz頻率的慣性更新數據，可以幫助自動駕駛完成定位。通過整合GPS與IMU，汽車將能夠實現既準確又足夠實時的位置更新。

ADI是為數不多的幾家同時擁有多軸加速度計、陀螺儀及慣性測量單元的半導體廠商之一，這些產品將在高精度地圖及導航中起到至關重要的作用。自主駕駛IMU產品也是Drive360平台的重要組成部分，ADI專門針對自主駕駛系統設計提供嚴格遵循汽車要求而開發的高性能IMU，更高的更新頻率和穩定性能可以很好地與GPS形成互補。其中iSensor產品系列提供的IMU具有多達六個自由度和接近1度/小時的長期陀螺漂移率，在航位推算系統的關鍵任務中具有非常重要的應用。