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毫米波雷达简介

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作者: Sam (甄峰) sam_code@hotmail.com


毫米波实质上就是电磁波。毫米波的频段比较特殊,其频率高于无线电,低于可见光和红外线,频率大致范围是10GHz—200GHz。毫米波介于微波(Micro waves)和THz(1000GHz)之间,可以说是微波的一个子集。



在这个频段,毫米波相关的特性使其非常适合应用于车载领域。目前,比较常见的车载领域的毫米波雷达频段有三类。

其一是24—24.25GHz这个频段,目前大量应用于汽车的盲点监测、变道辅助。雷达安装在车辆的后保险杠内,用于监测车辆后方两侧的车道是否有车、可否进行变道。这个频段也有其缺点,首先是频率比较低,另外就是带宽(Bandwidth)比较窄,只有250MHz。

另一个频段就是77GHz,这个频段的频率比较高,国际上允许的带宽高达800MHz。这个频段的雷达性能要好于24GHz的雷达,所以主要用来装配在车辆的前保险杠上,探测与前车的距离以及前车的速度,实现的主要是紧急制动、自动跟车等主动安全领域的功能。

第三类应用频段就是79GHz—81GHz,这个频段最大的特点就是其带宽非常宽,要比77GHz的高出3倍以上,这也使其具备非常高的分辨率,可以达到5cm。这个分辨率在自动驾驶领域非常有价值,因为自动驾驶汽车要区分行人等诸多精细物体,对带宽的要求很高。

现在各个国家把24GHz划出来可以民用,77GHz划分给了汽车防撞雷达


在波长方面,24GHz毫米波的波长是1.25cm,而77GHz毫米波的波长大概是4mm,毫米波的波长要比光波的波长长1000倍以上,所以它对物体的穿透能力更强。

举个例子,我们通常看到的灰尘的直径大概在1um—100um之间,自然界的雨点的直径在0.5mm—4mm的范围内。所以波长与它们相等或者更长的电磁波可以轻易穿透这些障碍物,毫米波便拥有这样的能力。


全球主要有四大毫米波雷达供应商简称为ABCD,即Autoliv、Bosch、Continental和Delphi。

Autoliv以24GHz盲点、变道辅助雷达为主,主要客户是戴姆勒奔驰——其车辆基本标配了变道辅助,Autoliv的毫米波雷达出货量很大。

Bosch的毫米波雷达主要以77GHz为主,覆盖的面比较广,有长距(LRR)、中距(MRR)以及用于车后方的盲点雷达。Bosch的方案集成度非常高,输出的是对汽车的控制信号,其定制性很强,通常是与大型车企合作一个车型,共同推进项目。

Continental在毫米波雷达产品方面既有24GHz,也有77GHz,性能做得还不错,戴姆勒的77GHz毫米波雷达主要由Continental供应。

Delphi则是美国老牌企业,以77GHz毫米波雷达为主,采用较为传统的硬件方案,成本比较高,性能不俗。


毫米波雷达的特点:

对距离、速度和角度的探测

需要明确的一点是,毫米波雷达在测量目标的距离、速度和角度上展现的性能和其他传感器还是略有区别的。视觉传感器得到的是二维信息,没有深度信息,而毫米波雷达则是具备深度信息的,可以提供目标的距离;激光雷达对于速度并不敏感,而毫米波雷达则对速度非常敏感,可以直接获得目标的速度,因为毫米波雷达会有很明显的多普勒效应,通过检测其多普勒频移可将目标的速度提取出来。

毫米波雷达的分辨率:

毫米波雷达的分辨率。其定义是“雷达可以区分的两个物体的最近的距离”,比如,两个物体靠得很近,那么雷达可能会将其列为一个物体,如果分得开一些,雷达会看到两个物体。那么究竟离多远雷达能区分两个物体间的距离,这个就叫做雷达的分辨率。

分辨率的计算公式也很简单,就是光速/2倍的雷达带宽,所以对于24GHz和77GHz来说,可以直接算出其分辨率。前者是0.6m,后者则约为20cm。而3GHz带宽的毫米波雷达的分辨率可以做到5cm,非常适合自动驾驶的应用。


24GHz,带宽250M。

77GHz,带宽800M

79GHz—81GHz,带宽3000M 


与激光的区别:



毫米波和大多数微波雷达一样,有波束的概念,也就是发射出去的电磁波是一个锥状的波束,而不像激光是一条线。这是因为这个波段的天线,主要以电磁辐射,而不是光粒子发射为主要方法。这一点,雷达和超声是一样,这个波束的方式,导致它优缺点。优点,可靠,因为反射面大,缺点,就是分辨力不高。

毫米波雷达可以对目标进行有无检测、测距、测速以及方位测量。




 

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