1、毫米波雷达基础解析

1.1 什么是毫米波雷达
1)工作在毫米波波段(millimeter wave )探测的雷达。工作频段一般为30GHz ~ 300 GHz, 波长 1~10mm,介于微波和厘米波之间,兼具有微波雷达和光电雷达的一些优点;
2)毫米波雷达相比厘米波雷达具有体积小、易集成和空间分辨率高的特点。
3)车载毫米波雷达的工作频率为一般为 24GHz 和77GHz ;
1.2 毫米波雷达的基本结构
硬件核心:MMIC芯片和天线PCB板,以FMCW车载雷达系统为例,主要包括:天线、收发模块、信号处理模块;
毫米波雷达基本结构组成示意图
1)前端单片微波集成电路(MMIC) ( 供应商:英飞凌、飞思卡尔 、厦门意行和南京米勒;)它包括多种功能电路,如低噪声放大器(LNA)、功率放大器、混频器、甚至收发系统等功能;
特点:电路损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高、抗电磁辐射能力强等特点;
2)雷达天线高频PCB板:毫米波雷达天线的主流方案是微带阵列,即将高频PCB板集成在普通的PCB基板上实现天线的功能,需要在较小的集成空间中保持天线足够的信号强度。
1.3 毫米波雷达基本工作原理
1)利用高频电路产生特定调制频率(FMCW)的电磁波,并通过天线发送电磁波和接收从目标反射回来的电磁波,通过发送和接收电磁波的参数来计算目标的各个参数。
2)可以同时对多个目标进行测距、测速以及方位测量;测速是根据多普勒效应,而方位测量(包括水平角度和垂直角度)是通过天线的阵列方式来实现的。
毫米波雷达基本工作原理示意图
1.4 毫米波雷达的工作体制
1)工作体制:根据辐射电磁波方式不同,毫米波雷达主要有脉冲体制以及连续波体制两种工作体制。其中连续波又可以分为FSK(频移键控)、PSK(相移键控)、CW(恒频连续波)、FMCW(调频连续波)等方式。
毫米波雷达不同工作体制
2)FMCW调频连续波雷达的不同调制形式:
a、正弦波调制 b、锯齿式波调制 c、三角波调制
不同调频方式的雷达硬件构成基本相同,只有小部分电路模块、电路参数与信号处理算法有所区别;对于单个静止物体的测量,锯齿波调制方式即可满足;对于运动物体,多采用三角波调制方式;
1.5 毫米波雷达测距、侧速、测方位角原理简介
测距:(TOF)通过给目标连续发送毫米波信号,然后用传感器接收从物体返回的毫米波,通过探测毫米波的飞行(往返)时间来得到目标物距离。
测速:根据多普勒效应,通过计算返回接收天线的雷达波的频率变化就可以得到目标相对于雷达的运动速度,简单地说就是相对速度正比于频率变化量。
测方位角:通过并列的接收天线收到同一目标反射的雷达波的相位差计算得到目标的方位角;

2、 4D毫米波雷达解析

2.1 什么是3D雷达:
1)其信号天线只在二维方向上排布,因此其对目标的探测只有二维水平坐标(x,y),没有高度信息(z);再加上通过多普勒效应探测到的物体速度信息。输出量即为:X / Y/ V
2)目前量产应用的车载毫米波雷达均为3D雷达;
2.2 4D雷达:(供应商:美国傲酷)
1)水平与垂直方向上,都布置了天线,因此能够额外实现对物体高度的探测,谓之4D;输出量:输出X、Y、Z坐标和速度矢量;
2)可以检测不同高度,不同水平面上的运动物体
2.3 4D雷达研发难点及遇到的问题:
1)在有体积要求的毫米波雷达上,垂直与水平方向天线紧密排布会相互产生严重的信号干扰,这需要长期的经验积累开发的算法予以解决;
2)雷达信号接收量大大增加,对模数转换器(ADC)的性能要求将会增加;
3)信号处理算法的可靠性、实时性需要保证,传统的毫米波雷达ECU可能无法胜任大规模点云的处理。
4)数据存储需求将会加大,需要额外添置存储单元。