【汽车智能】浅析毫米波雷达的概念和工作原理

来自:子新
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无论是激光雷达还是摄像头、超声波传感器,都容易受恶劣天气环境影响导致性能降低甚至失效,因而都存在“致命”缺陷!但毫米波雷达凭借其可穿透尘雾、雨雪、不受恶劣天气影响的绝对优势,且唯一能够“全天候全天时”工作的超强能力,成为了汽车ADAS不可或缺的核心传感器之一。

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毫米波雷达概念

毫米波雷达,顾名思义,就是工作在毫米波频段的雷达。毫米波(Millimeter-Wave,缩写:MMW),是指长度在1~10mm的电磁波,对应的频率范围为30~300GHz。如下图,毫米波位于微波与远红外波相交叠的波长范围,所以毫米波兼有这两种波谱的优点,同时也有自己独特的性质。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。



02

毫米波波长特性

根据波的传播理论,频率越高,波长越短,分辨率越高,穿透能力越强,但在传播过程的损耗也越大,传输距离越短;相对地,频率越低,波长越长,绕射能力越强,传输距离越远。所以与微波相比,毫米波的分辨率高、指向性好、抗干扰能力强和探测性能好。与红外相比,毫米波的大气衰减小、对烟雾灰尘具有更好的穿透性、受天气影响小。这些特质决定了毫米波雷达具有全天时全天候的工作能力。

各大国的车载雷达频段主要集中在在24GHz、60GHz和77GHz这3个频段。其中,24GHz的波长是1.25cm(虽然24GHz的波长是1.25cm,但是目前业界也依然将其称之为毫米波),60GHz是5mm,77GHz的波长则更短,只有3.9mm。正如前面所说,频率越高波长越短,分辨率、精准度就越高。所以,精度更高的77GHz雷达正努力成为汽车领域主流传感器。

03

测距与测速原理

雷达,是英文RADAR的音译,源于Radio Detection and Ranging的缩写,意思为“无线电探测和测距”,即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置,这也揭示了雷达最重要任务就是检测与目标物体的距离、速度和方向。【1】测距原理
毫米波雷达测距原理很简单,就是把无线电波(毫米波)发出去,然后接收回波,根据收发的时间差测得目标的位置数据和相对距离。根据电磁波的传播速度,可以确定目标的距离公式为:s=ct/2,其中s为目标距离,t为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间,c为光速。【2】测速原理毫米波雷达测速是基于多普勒效应(Doppler Effect)原理。所谓多普勒效应就是,当声音、光和无线电波等振动源与观测者以相对速度v运动时,观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的,所以称之为多普勒效应。也就是说,当发射的电磁波和被探测目标有相对移动,回波的频率会和发射波的频率不同。当目标向雷达天线靠近时,反射信号频率将高于发射信号频率;反之,当目标远离天线而去时,反射信号频率将低于发射信号频率。



04

汽车上应用

凭借出色的测距测速能力,毫米波雷达被广泛地应用在自适应巡航控制(ACC)、前向防撞报警(FCW)、盲点检测(BSD)、辅助停车(PA)、辅助变道(LCA)等汽车ADAS中。通常,为了满足不同距离范围的探测需要,一辆汽车上会安装多颗短程、中程和长程毫米波雷达。其中24GHz雷达系统主要实现近距离探测(SRR),77GHz雷达系统主要实现中远距离的探测(LRR)。不同的毫米波雷达“各司其职”,在车辆前方、车身和后方发挥不同的作用

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