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1. 概述
1.1 发展历史
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1. 概述
1.1 发展历史
RADAR是RAdio Detection And Ranging的缩写。 1936年1月英国架起了第一个雷达站用于监测德国战机。从此之后雷达技术开始蓬勃发展。 雷达的频段很广从HF波段到Y波段都有不同的应用。 汽车上主要使用24G、77G、79G这几个频段。 雷达的应用非常广泛例如在无人机、液位检测、机器人、智能交通和智能汽车中都有广泛的应用。 1.2 在汽车上的主要应用
车载毫米波雷达的研究始于20世纪60年代研究主要在以德、美、日等发达国家内展开。早期车载毫米波雷达发展缓慢而随着微电子技术的发展使得产品小型化、集成化成了可能雷达开发进程开始提速。21世纪后随着汽车市场需求增长产业进入蓬勃发展阶段未来将会继续加快渗透 。 目前市面上各种各样的车载毫米波雷达 汽车上毫米波雷达主要包括前向雷达、角雷达和门雷达。 主要实现BSD、LCA、RCTA、DOW、RCW等L0自动驾驶功能以及在ACC、NOA等L1~L2自动驾驶功能中实现重要的目标感知。 1.3 基本指标
毫米波雷达基本指标主要是距离、速度和角度水平角和垂直角的范围、精度和分辨率一共是12个指标。 分辨率越高表示目标的区分能力越高探测越精细。 距离分辨率
毫米波雷达的带宽越高距离分辨率就越高。 角分辨率
角分辨率是指当两个目标相对于雷达有相同的距离和速度时能够被雷达识别为2个目标的最小的夹角。角分辨率根据方向不同分为水平角分辨率和垂直角分辨率。
角分辨率越高目标的区分能力越高探测越精细。例如当角分辨率小的时候无法区分3个行人 角分辨较大的时可以区分 对汽车也是类似的 经常提到的“4D毫米波雷达”是相对于“3D毫米波雷达”增加了垂直角度的检测。因此“4D毫米波雷达”可以检测高度信息。 2. 毫米波雷达的基本原理
2.1 基本架构
毫米波雷达通过发射电磁波以及接收目标反射的电磁波来实现目标检测。毫米波雷达的探测原理类似蝙蝠或者海豚只不过雷达发射的是电磁波蝙蝠和海豚发出的是超声波。 毫米波雷达的系统原理如下 其中 FMCW调制信号发生器经过压控振荡器VCO产生高频信号GHz级别一部分能量耦合输入混频器作为本振信号另一部分能量经功率放大器PA由发射天线以电磁波的方式向空中辐射。 电磁波在空气中向前方传播过程中如遇到目标则会小部分反射反射回来的回波信号被接收天线截获形成电信号。 回波信号经低噪声放大器LNA放大与本振信号在混频器进行混频输出一个较低的差拍频率一般为MHz级别差频信号含有目标和雷达之间的距离和相对速度等信息。 然后通过带通滤波器BPF放大滤波A/D转换对所得到的数字信号作FFT快速傅氏运算进行频谱分析便可以获得目标和雷达之间的距离、相对速度及方位角等信息。
如下是BOSCH的第四代毫米波雷达的结构 图片来源BOSCH
2.2 测距和测速原理
距离通过测量时间差得到速度通过计算多普勒频移得到。 算法流程 图片来源NXP 图片来源NXP 距离维对于单个Chirp信号来说信号包含了距离/速度信息但以距离为主由于时间非常短忽略速度或者后面增加补偿可以通过FFT直接求出距离信息。 速度维将距离微分称一个个距离单元。对于其中一个距离单元我们以一个Chirp一个Chirp的时间轴来看对该信号作FFT处理即可求出其速度信息。 图片来源NXP
2.3 测角原理
使用比相法计算目标DOA Direction of Arrival 得到目标的角度。 图片来源NXP 图片来源NXP
3. 毫米波雷达硬件
3.1 天线
毫米波雷达的天线有多种形式目前应用最广的是平面相控阵天线。 电磁波的辐射特性 3.2 高频板材
毫米波雷达的高频板材供应商和关键特性 PCB的常见Layout 3.3 射频收发链路
早些年射频链路是有离散器件搭建难度很大只有BOSCH、DELPHI等几个大公司能做并且形成了技术壁垒价格非常昂贵。不过近些年随着MMIC的出现迅速降低了设计门槛和成本。 MMICMonolithic Microwave Integrated C**ircuit单片微波集成电路。**包括多种功能电路如低噪声放大器LNA、功率放大器、混频器、上变频器、检波器、调制器、压控振荡器VCO、移相器、开关、MMIC收发前端甚至整个发射/接收T/R组件收发系统。 MMIC的主要供应商 MMIC的工艺发展历程 3.4 雷达专用处理器
雷达专用处理器主要有国外品牌垄断以NXP、TI等为代表。 NXP的S32R29x
