Ю.В. Кольцов

Нижегородский научно-исследовательский приборостроительный институт (г. Н.Новгород, Россия)

Постановка проблемы. Работа посвящена новейшим интегральным цифровым автомобильным 4D-РЛС в виде микросхемы (система на кристалле), которые обеспечивают недостижимые ранее параметры. Архитектура РЛС на кристалле, основанная на цифровой кодовой модуляции с фазовой модуляцией и антенных решетках МИМО, позволяет обрабатывать 200 виртуальных каналов.

Цель. Подробно рассмотреть особенности построения цифровых автомобильных РЛС (автоРЛС) на кристалле на примере  самой успешной разработки.

Результаты. Представлены теоретические положения, использованные при построении цифровых автомобильных РЛС.  Дано описание отдельных узлов самой успешной цифровой автоРЛС, появление которой привело к разработке новых 4DавтоРЛС, а также к разработке других систем локации. Рассмотрены самые современные высопроизводительные системы  обработки данных РЛС, которые открывают широкие перспективы для автоРЛС. 

Практическая значимость. Супервозможности визуализации цифровых автоРЛС основаны на большом числе виртуальных приемниках, объединенных в единую компактную систему. Эти виртуальные приемники используют для обеспечения как  горизонтального, так и вертикального разрешения. Кроме того, эта технология невосприимчива к помехам, которые становятся критичными по мере увеличения числа транспортных средств с РЛС. Применение цифровой кодовой модуляции позволяет достичь беспрецедентного уровня разрешения и точности: цифровое кодирование фазы – залог точных измерений. Кроме того, передовая технология антенн МИМО служит не только для измерения азимутальных углов, но и для измерения угла места. Полученные результаты создают основу для крупносерийного промышленного производства 4D цифровых интегральных РЛС для автомобильной промышленности. 

Кольцов Ю.В. Автомобильные РЛС на кристалле // Успехи современной радиоэлектроники. 2021. T. 75. № 10. С. 50–75. DOI: https://doi.org/10.18127/j20700784-202110-04

1. Schweizer B., Grathwohl A., Rossi G. et. al. The Fairy Tale of Simple All–Digital Radars: How to Deal With 100 Gbit/s of a Digital Millimeter–Wave MIMO Radar on an FPGA // IEEE Microwave Magazine. 2021. July. V. 22. № 7. P. 66–76.
2. Воскресенский Д.И., Добычина Е.М. Цифровые антенные решетки бортовых систем. М.: Радиотехника. 2020.
3. Campbell S.D., Jenkins R.P., O’Connor P.J., Werner D.H. The Explosion of Artificial Intelligence in Antennas and Propagation // Antennas & Propagation Magazine. 2021. June. 63. № 3. P. 16–27.
4. Zardi F., Nayeri P., Rocca P., Haupt R.L. Artificial Intelligence for Adaptive and Reconfigurable Antenna Arrays // Antennas & Propagation Magazine. 2021. June. 63. № 3. P. 28–38.
5. Pell R. Next step in automotive electronics: functional exteriors // eeNews Automotive. 2021. August 09.
6. Joosting J.-P. Automotive radar scans 100x more objects in 4D with 300m range // MWee. 2018. January 16.
7. Dunn J. Designing mmWave radar systems for next–gen smart vehicles // Smart2zero. 2019. March 21.
8. Giannini V., Goldenberg M., Eshraghi A. et. al. A 192–Virtual–Receiver 77/79 GHz GMSK Code–Domain MIMO Radar System– on–Chip // 2019 IEEE International Solid–State Circuits Conference (ISSCC), February 19 / Session 9 / High–Frequency Transceivers for Radar and Communications.
9. Hindle P. Uhnder Emerges with Highly Integrated Automotive Radar SoC // Microwave Journal. 2019. March 13.
10. Giannini V., Hegde M., Davis C. Digital Code Modulation MIMO Radar Improves Automotive Safety // Microwave Journal. 2019. August 10.
11. Taranovich S. A digital mmW radar IC for automotive use // EDN. 2019. May 13.
12. Bourdoux A., Ahmad U., Guermandi D. et. al. PMCW waveform and MIMO technique for a 79 GHz CMOS automotive radar // 2016 IEEE Radar Conference (RadarConf), 2–6 May 2016.
13. Stark W., Ali M., Maher M. Digital Сode Modulation (DCM) Radar for Automotive Application // Uhnder. – White Paper, January 2020.
14. Silverman H. An introduction to programming the Winograd Fourier transform algorithm (WFTA) // IEEE Trans. Acoustics, Speech, and Signal Processing. 1977. April. V. 25. № 2. P. 152–165.
15. Shapira N. Radar Systems for Autonomous Driving – at L2/L2+ and Beyond // Microwaves & RF. 2021. June 23.
16. Ginsburg B.P., Subburaj K., Samala S. et. al. A Multimode 76–to–81GHz Automotive Radar Transceiver with Autonomous Monitoring // 2018 IEEE International Solid–State Circuits Conference / Session 9 / Wireless Transceivers and Techniques / 9.1 / P. 158–160.
17. Mangraviti G., Khalaf K., Shi Q. et. al. A 4–Antenna–Path Beamforming Transceiver for 60 GHz Multi–Gb/s Communication in 28 nm CMOS // 2016 IEEE International Solid–State Circuits Conference / Session 13 / Wireless Systems / 13.5 / P. 246–248.
18. Moorhead P. Qualcomm Officially Enters Self–Driving Market With Snapdragon Ride Platform And Extends Partnership With GM To Include ADAS // Forbes. 2020. Jan 6. 
19. Qualcomm объяснила неожиданный выбор названия для Snapdragon 888. 2020. 2 декабря. URL: https://www.ixbt.com/ news/2020/12/02/qualcomm-snapdragon-888.html
20. Qualcomm Snapdragon 888 на кончике пальца. 2020. 2 декабря. URL: https://www.ixbt.com/news/2020/12/02/qualcommsnapdragon-888-2.html
21. Шкодник В. Qualcomm раскрыла характеристики Snapdragon 888 – первого флагманского процессора с суперъядром ARM Cortex–X1 // 3Dnews. 2020. 2 декабря.
22. Joosting J.-P. Latest Qualcomm mobile platform «sets benchmark» for 5G, AI and gaming // Smart2zero. 2020. December 03.
23. Moorhead P. Qualcomm Officially Enters Self–Driving Market With Snapdragon Ride Platform And Extends Partnership With GM To Include ADAS // Forbes. 2020. Jan 6. 
24. James L. Qualcomm’s new platform for all levels of automated driving, Snapdragon Ride // Power & Beyond. 2020. March 05. URL:         https://www.power-and-beyond.com/qualcomms-new-platform-for-all-levels-of-automated-driving-snapdragon-ride-a911130
25. Expanded roadmap and software ecosystem keep Snapdragon Ride moving forward. URL: https://www.qualcomm.com/products/ automotive/autonomous-driving
26. Automotive System–on–Chips (SoCs). URL: https://www.renesas.com/sg/en/products/automotive-products/automotive-systemchips-socs
27. Winning A. R–Car V3U ASIL D SoC offers 60 TOPS of deep learning power // eeNews Embadded. 2020. December 17.
28. Pell R. ASIL–D SoC speeds ADAS, automated driving development // Smart2zero. 2020. December 29.
29. Renesas Develops Automotive SoC Functional Safety Technologies for CNN Accelerator Cores and ASIL D Control Combining World–Class Performance and Power Efficiency // Design & Reuse. 2021. February 23.
30. Hammerschmidt C. Scalable platform meets demand for high computing performance // eeNews Automotive. 2020. December 17.
31. Versal AI Edge Series – самая масштабируемая и адаптируемая платформа для оконечных и встроенных систем от Xilinx // Макро Групп. 2021. 21 июня. URL: https://www.macrogroup.ru/news/2021/versal-ai-edge-series-samaya-masshtabiruemuyu-iadaptiruemaya-platforma-dlya-okonechnyh-i
32. Joosting J.-P. Xilinx AI Edge SoC platform offers highest AI performance–per–Watt // eeNews Embedded. 2021. June 10.
33. Xilinx Extends Edge Compute Leadership with World’s Highest AI Performance–per–Watt // Businesswire. 2021. June 09.
34. Joosting J.-P. Adaptive compute acceleration platform targets big data // MWee RF – Microwave. 2021. July 15.
35. Hammerschmidt С. Nvidia announces new superprocessor for autonomous cars // eeNews Automotive. 2021. April 12.
36. Hammerschmidt С. Continental develops auto–driving computing platform with Nvidia // eeNews Autromotive. 2018. February 05.
37. Flaherty N. NIO launches commercial selfdriving car with 1000TOPS // eeNews Europe. 2021. January 11.
38. Pell R. Tesla unveils custom chip for AI–training supercomputer // Smart2zero. 2021. August 23.
39. Детинич Г. Самый большой в мире процессор Cerebras оказался в сотни раз быстрее суперкомпьютера на базе NVIDIA GPU // 3Dnews. 2020. 19 ноября.
40. Кобальчинский В. ИИ-чип Cerebras обогнал суперкомпьютеры в моделировании физических процессов // КО. 2020. 1 декабря. URL: https://ko.com.ua/ii-chip_cerebras_obognal_superkompyutery_v_modelirovanii_fizicheskih_ processov_135488
41. Moore S.K. Supersize AI // IEEE Spectrum. 2021. July.
42. Pell R. Industry's largest AI processor has 2.6 trillion transistors // Smart2zero. 2021. April 21.
43. Cerebras Systems Announces World's First Brain–Scale Artificial Intelligence Solution // Design & Reuse. 2021. August 30.
44. Flaherty N. Analog Bits moves IP to 5 nm, targets 3 nm // eeNews Europe. 2021. May 31.
45. Детинич Г. Analog Bits представила набор IP для проектирования аналоговых и смешанных чипов для 12–нм техпроцесса GlobalFoundries // 3Dnews. 2019. 4 июня.
46. Panel Level Packaging Consortium 2.0 – The First Year! // 2021. August 18. URL: https://www.izm.fraunhofer.de/ en/news_events/tech_news/panel-level-packaging-consortium-2-0-the-first-year.html
47. Hammerschmidt С. Fisker Ocean EV will come with advanced digital radar // eeNews Automotive. 2021. July 28.
48. Magna to Bring Driver Assistance Into the Digital Age With Industry–First Capabilities in 2022 // Microwave Journal. 2021. July 27.
49. Uhnder and Yunshan Deliver Digital Radar to Accelerate Smart Port Automation // Microwave Journal. 2021. April 21.
50. Hammerschmidt C. Uhnder, dSpace to jointly develop radar technology // MWee RF – Microwave. 2020. April 20.
51. Hammerschmidt С. TDK, Uhnder partner for high–precision imaging radar platform // eeNews Automotive. 2021. January 11.
52. FUJITSU TEN develops automotive compact 77 GHz 3D radar // Microwave Journal. 2021. October 22.
53. Kawakubo A., Tokoro S., Yamada Y. et. al. Electronically–scanning millimeter–wave RADAR for forward objects detection // SAE Congress, 2004. P. 127–134.
54. Jeong S.-H., Yu H.-Y., Lee J.-E. et. al. A Multi–beam and Multi–range Radar with FMCW and Digital Beam–forming for Automotive Applications // Progress in Electromagnetics Research. 2012. V. 124. P. 285–299.
55. Metawave Demonstrates First 77 GHz Analog Beam Steering 3D Radar // Microwave Journal. 2021. July 27.
56. 4D Automotive Radar Overlays AI on Existing Hardware // Microwave Journal. 2021. August 13.
57. Oculii Unveils the Industry’s Highest–Resolution Commercial Imaging 4D Radars // Microwave Journal. 2021. March 9.
58. Advances in Radar and Components // Microwave Journal. eBook. 2021. September.
59. Hindle P. New 4D Automotive Radars Hitting the Market // Microwave Journal. 2021. August 13.
60. Browne J. Automotive Radar Paves the Way to Safer Roads // Microwaves & RF. 2021. April. V. 60. № 3. P. 18–22.
61. Glover K., Peterson B. UWB: Enhancing Positioning, Safety and Security for Connected Vehicles // Microwave Journal. 2021. September. V. 64. № 9. Р. 22–34.
62. Antenna Processor Enables All–Digital Radar, EW and Communications // Microwave Journal. 2021. September. V. 64. № 9. Р. 46 // September Supplement 2021. Military & Aerospace. V. 64. Edition: 09 Sup.