姓名：賈聰月

學(xué)號：19021210915

轉(zhuǎn)自：https://blog.csdn.net/zhouyy858/article/details/102629603

【嵌牛導(dǎo)讀】目前自動駕駛中激光雷達應(yīng)用還有很多瓶頸，毫米波雷達在自動駕駛中目前依然有很好的應(yīng)用，因此需要好好理解毫米波雷達的原理。

【嵌牛鼻子】自動駕駛、毫米波雷達

【嵌牛提問】毫米波雷達在自動駕駛中的工作體制和主要作用是什么？

【嵌牛正文】

1. 毫米波雷達是什么

? ? ? ?通常將波長為1～10毫米的電磁波稱毫米波，車載毫米波雷達工作的頻段為24GHz和77GHz，少數(shù)國家（如日本）采用60GHz頻段。車載毫米波雷達通過天線向外發(fā)射毫米波，接收目標(biāo)反射信號，經(jīng)后方處理后快速準(zhǔn)確地獲取汽車車身周圍的物理環(huán)境信息，然后根據(jù)所探知的物體信息進行目標(biāo)追蹤和識別分類，進而結(jié)合車身動態(tài)信息進行數(shù)據(jù)融合，最終通過（ECU）進行智能處理。

? ? ? ?電磁波有幾種特性，當(dāng)電磁波遇到不同介質(zhì)時會發(fā)生反射、吸收、透射、衍射等現(xiàn)象，毫米波主要是利用電磁波的反射，通過發(fā)送和接收電磁波的時間計算反射物體的位置，波長越長，越容易發(fā)生透射和衍射現(xiàn)象，而波長越短，則很容易被反射。目前主要是24HZ，未來會采用77HZ和79HZ的，頻率越高，波長越短，反射性越好，分辨率越高。

2. 車載毫米波雷達工作體制

? ? ? ??根據(jù)輻射電磁波方式不同，毫米波雷達主要有脈沖體制以及連續(xù)波體制兩種工作體制。其中連續(xù)波又可以分為FSK(頻移鍵控)、PSK（相移鍵控）、CW(恒頻連續(xù)波)、FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)等方式。FWCW雷達是最常用的車載毫米波雷達。能同時測出多個目標(biāo)的距離和速度信息，可對目標(biāo)連續(xù)跟蹤，系統(tǒng)敏感性高，錯誤報警率低；不易受外界電磁噪聲的干擾；測量距離遠，分辨率高；所需發(fā)射功率低；成本較低；信號處理難易程度及實時性可達到系統(tǒng)要求。

FMCW雷達系統(tǒng)主要包括收發(fā)天線、射頻前端、調(diào)制信號源和信號處理模塊等。

FMCW調(diào)制信號發(fā)生器經(jīng)過壓控振蕩器（VCO）產(chǎn)生高頻信號（GHz級別），一部分能量耦合輸入混頻器作為本振信號，另一部分能量經(jīng)功率放大器（PA）由發(fā)射天線以電磁波的方式向空中輻射。

電磁波在空氣中向前方傳播過程中如遇到目標(biāo)則會小部分反射，反射回來的回波信號被接收天線截獲形成電信號。

回波信號經(jīng)低噪聲放大器（LNA）放大，與本振信號在混頻器進行混頻， 輸出一個較低的差拍頻率（一般為MHz級別），差頻信號含有目標(biāo)和雷達之間的距離和相對速度等信息。

然后通過帶通濾波器（BPF）放大濾波，A/D轉(zhuǎn)換，對所得到的數(shù)字信號作FFT（快速傅氏運算），進行頻譜分析，便可以獲得目標(biāo)和雷達之間的距離、相對速度及方位角等信息。

最后經(jīng)由控制電路做出危險狀況的判斷，向駕駛員發(fā)出預(yù)警，或結(jié)合環(huán)境情況對汽車做出主動干預(yù)。

? ? ? ?把毫米波雷達安裝在汽車上，可以測量從雷達到被測物體之間的距離、角度和相對速度等。毫米波雷達目前主要應(yīng)用于中高端車型，隨著大眾對汽車主動安全性能的認可度增加，ADAS相關(guān)產(chǎn)品將逐漸向低端車型普及。

3. 毫米波雷達的檢測、測距、測速和角度測量

? ? ??毫米波和大多數(shù)微波雷達一樣，有波束的概念，也就是發(fā)射出去的電磁波是一個錐狀的波束，而不像激光是一條線。這是因為這個波段的天線，主要以電磁輻射，而不是光粒子發(fā)射為主要方法。優(yōu)點，可靠，因為反射面大，缺點，就是分辨力不高。

? ? ? 電磁波在空氣中傳播時間3*10^8m/s；判斷有沒有目標(biāo)很簡單，判斷回波有沒有就行了。測距也簡單，都是基于TOF原理，但是我們說電磁波的傳播速度是光速，所以這個帶來了一定的挑戰(zhàn)。剛才我們說毫米波雷達作用距離都不太遠，比如我們說汽車或者無人機，那么探測距離就很近，回波和發(fā)射波間隔就非常短，所以一般并不太適合使用簡單的發(fā)射脈沖方式，所以現(xiàn)在主要是用FMCW方式較多。

? ? ? 毫米波雷達測速和普通雷達一樣，有兩種方式，一個基于dopler原理，就是當(dāng)發(fā)射的電磁波和被探測目標(biāo)有相對移動、回波的頻率會和發(fā)射波的頻率不同。通過檢測這個頻率差可以測得目標(biāo)相對于雷達的移動速度。但是這種方法無法探測切向速度，第二種方法就是通過跟蹤位置，進行微分得到速度。

? ? ?毫米波雷達的測向，雷達對目標(biāo)方位的探測主要基于一種方法，就是使用較窄的波束。因為當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)在波束里，我們一般沒有辦法判斷目標(biāo)具體在這個波束內(nèi)部的那個方向，所以我們必須把波束做窄，當(dāng)然能和激光一樣最好，但是這個很難。那么把波束做窄，有幾種方法，一種使用有向天線，比如喇叭天線或者透鏡天線。還有一種方法，就是使用多根天線+陣列信號處理的方法。對于毫米波來講，由于波長很短，所以我們做很多根天線的代價就很?。ㄟ@個代價指價格、尺寸），所以毫米波雷達大量使用陣列天線的方式來構(gòu)成窄波束，能多窄呢？比如3度，5度這樣，是汽車常用的。當(dāng)然這個和激光還不能比，但是已經(jīng)很好了。

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