雷達(dá)對我們來說并不陌生，它在生活的方方面面都會用到。如今它也出現(xiàn)在了汽車?yán)锩妫S著智能駕駛不斷發(fā)展，傳感器已成為打造汽車生態(tài)的主要砝碼之一，無論是激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭等，都將成為日后必要的配件。下面我們就來科普一下毫米波雷達(dá)到底是什么？

此文分兩部分，首先簡單介紹一下什么叫雷達(dá)，之后再由淺入深的告訴你什么是毫米波。

雷達(dá)原理

雷達(dá)是利用無線電回波以探測目標(biāo)方向和距離的一種裝置，用于無線電探向與測距，全世界開始熟悉雷達(dá)是在1940年的不列顛空戰(zhàn)中，七百架載有雷達(dá)的英國戰(zhàn)斗機(jī)，擊敗兩千架來襲的德國轟炸機(jī)，改寫了歷史。二戰(zhàn)后，雷達(dá)開始有許多和平用途。

雷達(dá)的工作體制主要分為脈沖方式和連續(xù)波方式：

連續(xù)波（ContinuousWave:CW）雷達(dá)：指發(fā)射連續(xù)波信號，主要用來測量目標(biāo)的速度。如需要同時(shí)測量目標(biāo)的距離，則需要對發(fā)射信號進(jìn)行調(diào)制，例如對連續(xù)波的正弦波信號進(jìn)行周期性的頻率調(diào)制。而脈沖雷達(dá)發(fā)射的波形是矩形脈沖，按一定的或者交錯(cuò)的重復(fù)周期工作。

現(xiàn)代脈沖雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但是從原理上來講同時(shí)解決距離和速度測量的模糊問題是不可能的，這就需要采用多重復(fù)脈沖頻率（PRF）的方法來解決距離和速度模糊，因而不僅使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率下降，而且不利于信噪比（SNR）的提高。

我們知道雷達(dá)使用的是電磁波，電磁波這個(gè)媒介決定了微波雷達(dá)區(qū)別于超聲、聲吶等方式。電磁波是交變電磁場，在自由空間傳播，這個(gè)電磁場交變的頻率決定了雷達(dá)的基本屬性。平時(shí)用的無線電是低于300Mhz的頻段，主要是AM，F(xiàn)M廣播使用。而微波頻段是通信和雷達(dá)使用的主要頻段，這是個(gè)很寬的頻，有300Mhz--300GHz，毫米波是微波的一個(gè)子頻段。

毫米波的頻段在哪兒

毫米波這個(gè)波段頻率很高，但是這個(gè)頻段里很多頻率區(qū)域的電磁波在空氣里傳播很容易被水分子、氧氣吸收，所以可用的就是幾個(gè)典型的頻段，24、60、77、120GHz。當(dāng)然24GHz很特別，他嚴(yán)格來講不是毫米波，因?yàn)樗牟ㄩL在1cm左右。但是它是最早被利用的?，F(xiàn)在各個(gè)國家把24GHz劃出來可以民用，77GHz劃分給了汽車防撞雷達(dá)，24Ghz也在汽車?yán)镉玫米钤?，關(guān)于車載雷達(dá)原理，后面還會重點(diǎn)介紹。

同厘米波導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。與紅外、激光、電視等光學(xué)導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候（大雨天除外）全天時(shí)的特點(diǎn)。毫米波雷達(dá)可以全天候工作，不受天氣狀況的影響，而惡劣的氣候環(huán)境正是導(dǎo)致交通事故的主要原因之一。與光波相比，它們利用大氣窗口（毫米波與亞毫米波在大氣中傳播時(shí)，由于氣體分子諧振吸收所致的某些衰減為極小值的頻率）傳播時(shí)的衰減小，受自然光和熱輻射源影響小。

毫米波在雷達(dá)中應(yīng)用也會受到限制：雨、霧和濕雪等高潮濕環(huán)境的衰減，以及大功率器件和插損的影響會降低毫米波雷達(dá)的探測距離；樹叢穿透能力差，相比微波，對密樹叢穿透力低。

毫米波雷達(dá)如何工作

把雷達(dá)與毫米波融合，就形成了一個(gè)神通廣大的器件——毫米波雷達(dá)。

所謂的毫米波雷達(dá)，就是指工作頻段在毫米波頻段的雷達(dá)，測距原理跟一般雷達(dá)一樣，把無線電波（雷達(dá)波）發(fā)出去，然后接收回波，根據(jù)收發(fā)之間的時(shí)間差測得目標(biāo)的位置數(shù)據(jù)。

它和大多數(shù)微波雷達(dá)一樣，有波束的概念，發(fā)射出去的電磁波是一個(gè)錐狀的波束，而不像激光是一條線。這是因?yàn)檫@個(gè)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。這一點(diǎn)，雷達(dá)和超聲是一樣，這個(gè)波束的方式，導(dǎo)致它優(yōu)缺點(diǎn)。

優(yōu)點(diǎn)：可靠，因?yàn)榉瓷涿娲螅?/p>

缺點(diǎn)：分辨力不高。

毫米波雷達(dá)三大用處：對目標(biāo)進(jìn)行測距、測速以及方位測量。

測距：（TOF）通過給目標(biāo)連續(xù)發(fā)送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過探測光脈沖的飛行（往返）時(shí)間來得到目標(biāo)物距離。

測速：根據(jù)多普勒效應(yīng)，通過計(jì)算返回接收天線的雷達(dá)波的頻率變化就可以得到目標(biāo)相對于雷達(dá)的運(yùn)動速度，簡單地說就是相對速度正比于頻率變化量。

測方位角：通過并列的接收天線收到同一目標(biāo)反射的雷達(dá)波的相位差計(jì)算得到目標(biāo)的方位角；

神奇的多普勒原理

毫米波雷達(dá)測速和普通雷達(dá)一樣，都是基于多普勒效應(yīng)（Dopler Effect）原理。當(dāng)聲音，光和無線電波等振動源與觀測者以相對速度相對運(yùn)動時(shí)，觀測者所收到的振動頻率與振動源所發(fā)出的頻率有所不同。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。

當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時(shí)，反射信號頻率將高于發(fā)射機(jī)頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時(shí)，反射信號頻率將低于發(fā)射機(jī)頻率。由多普勒效應(yīng)所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對速度成正比，與振動頻率成反比。

所以，通過檢測這個(gè)頻率差，可以測得目標(biāo)相對于雷達(dá)的移動速度，也就是目標(biāo)與雷達(dá)的相對速度。根據(jù)發(fā)射脈沖和接收的時(shí)間差，可以測出目標(biāo)的距離。同時(shí)用頻率過濾方法檢測目標(biāo)的多普勒頻率譜線，濾除干擾雜波的譜線，可使雷達(dá)從強(qiáng)雜波中分辨出目標(biāo)信號。所以脈沖多普勒雷達(dá)比普通雷達(dá)的抗雜波干擾能力強(qiáng)，能探測出隱蔽在背景中的活動目標(biāo)。

優(yōu)勢在哪兒

以前人們常說的超聲波雷達(dá)、紅外雷達(dá)，甚至是如今的激光雷達(dá)都是通過對回波的檢測，與發(fā)射信號相比較，得到脈沖或相位的差值，從而計(jì)算出發(fā)射與接收信號的時(shí)間差。再分別對應(yīng)于超聲波、紅外線、激光在空氣中的傳播速度，計(jì)算出與障礙物的距離與相對速度。毫米波雷達(dá)與光學(xué)和紅外線雷達(dá)相比不受目標(biāo)物體形狀顏色的干擾，與超聲波相比不受大氣紊流的影響，因而具有穩(wěn)定的探測性能；環(huán)境適應(yīng)性好。受天氣和外界環(huán)境的變化的影響小，雨雪，灰塵，陽光都對其沒有干擾；多普勒頻移大，測量相對速度的精度提高。

總結(jié)一下它的特性：

1、頻帶極寬，在目前所利用的35G、94G這兩個(gè)大氣窗口中可利用帶寬分別為16G和23G，適用與各種寬帶信號處理;

2、可以在小的天線孔徑下得到窄波束，方向性好，有極高的空間分辨力，跟蹤精度高;

3、有較高的多普勒帶寬，多普勒效應(yīng)明顯，具有良好的多普勒分辨力，測速精度較高;

4、地面雜波和多徑效應(yīng)影響小，跟蹤性能好;

5、毫米波散射特性對目標(biāo)形狀的細(xì)節(jié)敏感，因而，可提高多目標(biāo)分辨和對目標(biāo)識別的能力與成像質(zhì)量;

6、由于毫米波雷達(dá)以窄波束發(fā)射，具有低被截獲性能，抗電子干擾性能好;

7、毫米波雷達(dá)具有一定的反隱身功能。

8、毫米波具有穿透煙、灰塵和霧的能力，可全天候工作。

你知道你的倒車?yán)走_(dá)是什么類型嗎？

這里簡單提一下超聲波雷達(dá)，在我們倒車時(shí)候使用的就是超聲波雷達(dá)，俗稱倒車?yán)走_(dá)。在倒車時(shí)，超聲波倒車?yán)撞捎贸暡y距原理探測汽車尾部離障礙物的距離，是汽車泊車輔助裝置。

原理是這樣：

超聲波發(fā)射器向外面某一個(gè)方向發(fā)射出超聲波信號，在發(fā)射超聲波時(shí)刻的同時(shí)開始進(jìn)行計(jì)時(shí)，超聲波通過空氣進(jìn)行傳播，傳播途中遇到障礙物就會立即返射傳播回來，超聲波接收器在收到反射波的時(shí)刻就立即停止計(jì)時(shí)。在空氣中超聲波的傳播速度是340m/s，計(jì)時(shí)器通過記錄時(shí)間t，就可以測算出從發(fā)射點(diǎn)到障礙物之間的距離長度（s），即：s＝340t/2。

超聲波的能量消耗較緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離比較遠(yuǎn)，穿透性強(qiáng)，測距的方法簡單，成本低。

但是它在速度很高情況下測量距離有一定的局限性，這是因?yàn)槌暡ǖ膫鬏斔俣热菀资芴鞖馇闆r的影響，在不同的天氣情況下，超聲波的傳輸速度不同，而且傳播速度較慢，當(dāng)汽車高速行駛時(shí)，使用超聲波測距無法跟上汽車的車距實(shí)時(shí)變化，誤差較大。另一方面，超聲波散射角大，方向性較差，在測量較遠(yuǎn)距離的目標(biāo)時(shí)，其回波信號會比較的弱，影響測量精度。但是，在短距離測量中，超聲波測距傳感器具有非常大的優(yōu)勢。

現(xiàn)在大多數(shù)都配置有倒車?yán)走_(dá)。

毫米波在汽車上的應(yīng)用

回到毫米波上，如果將它融合在汽車?yán)飼惺裁磶椭?？我們先對車載雷達(dá)有個(gè)直觀地認(rèn)識：

對于車輛安全來說，最主要的判斷依據(jù)是兩車之間的相對距離和相對速度信息。高速行駛中的車輛如果距離過近，則容易造成追尾事故。因此，常用的防撞系統(tǒng)都將對車輛之間的相對距離的測量作為主要的檢測任務(wù)。

目前汽車領(lǐng)域主要有三種毫米波雷達(dá)：短距的sRR、中距的MRR和長距的LRR。

SRR目前價(jià)格大約45-60美元一只，MRR大約45美元，LRR大約80-90美元。車載雷達(dá)的頻率主要分為24GHz頻段和77GHz頻段，其中77gHz頻段代表著未來的趨勢：這是國際電信聯(lián)盟專門劃分給車用雷達(dá)的頻段。嚴(yán)格來說77GHz的雷達(dá)才屬于毫米波雷達(dá)，但是實(shí)際上24GHz的雷達(dá)也被稱為毫米波雷達(dá)長距離與中距離毫米波雷達(dá)都是77GHz，短距離是24GHz。其中，77GHz 毫米波雷達(dá)主要用在車的正前方，用于對中遠(yuǎn)距離物體的探測，24GHz 毫米波雷達(dá)一般被安裝在車側(cè)方和后方，用于盲點(diǎn)檢測，輔助停車系統(tǒng)等。

各個(gè)國家對車載毫米波雷達(dá)分配的頻段各有不同，但主要集中在24GHz和77GHz，少數(shù)國家（如日本）采用60GHz頻段。由于77G相對于24G的諸多優(yōu)勢，未來全球車載毫米波雷達(dá)的頻段會趨同于77GHz頻段（76-81GHz）。

車載毫米波雷達(dá)工作原理是這樣的：

雷達(dá)通過天線向外發(fā)射毫米波，接收目標(biāo)反射信號，經(jīng)后方處理快速準(zhǔn)確地獲取汽車周圍的物理環(huán)境信息（如汽車與其他物體之間的相對距離、相對速度、角度、運(yùn)動方向等），然后根據(jù)所探知的物體信息進(jìn)行目標(biāo)追蹤和識別分類，進(jìn)而結(jié)合車身動態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，最終通過ECU進(jìn)行智能處理。經(jīng)合理決策后，以聲、光及觸覺等多種方式告知或警告駕駛員，或及時(shí)對汽車做出主動干預(yù)，從而保證駕駛過程的安全性和舒適性，減少事故發(fā)生幾率。

在汽車主動安全領(lǐng)域，汽車毫米波雷達(dá)傳感器是核心部件之一，其中77GHZ毫米波雷達(dá)是智能汽車上必不可少的關(guān)鍵部件，它能夠在全天候場景下快速感知0-200米范圍內(nèi)周邊環(huán)境物體距離、速度、方位角等信息的傳感器件。

車載毫米波雷達(dá)最常見的三種用途是：

1. ACC（自適應(yīng)巡航）

2. BSD&LCA（盲點(diǎn)監(jiān)測和變道輔助）

3. AEB（自動緊急制動，通常配合攝像頭進(jìn)行數(shù)據(jù)融合）

簡單介紹一下它的工作體制

根據(jù)輻射電磁波方式不同，毫米波雷達(dá)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。

毫米波雷達(dá)將如何發(fā)展？

1.高分辨率

高分辨率一直是毫米波雷達(dá)的技術(shù)指標(biāo)，這里有兩條技術(shù)路線：

1.增加帶寬，如76-81GHz，最大帶寬可達(dá)5GHz。

2.多級聯(lián)，增加通道數(shù)。

在2017年，德州儀器推出了號稱全球精度最高單芯片毫米波雷達(dá)傳感器，也就是工作與76-81GHz的AWR1x和WR1x收發(fā)器，然后基于這兩片收發(fā)器推出了數(shù)個(gè)76-81GHz毫米波雷達(dá)前端，包括AWR124、AWR1443、AWR1642。

2.MIMO

MIMO雷達(dá)基本含義：雷達(dá)采用多個(gè)發(fā)射天線，同時(shí)發(fā)射相互正交的信號，對目標(biāo)進(jìn)行照射，再用多個(gè)接受天線接收目標(biāo)回波信號并進(jìn)行綜合處理，提取目標(biāo)空間位置，運(yùn)動狀態(tài)等信息。

3.CMOS RF工藝

毫米波雷達(dá)最突出的優(yōu)勢是價(jià)格低廉，即便是和視覺系統(tǒng)相比價(jià)格也不高。同時(shí)毫米波雷達(dá)是主動型器件，而視覺系統(tǒng)是被動型器件，主動型器件有比較廣闊的挖掘潛力，而被動型器件CMOS圖像傳感器自問世以來，整體結(jié)構(gòu)未有變化。而收發(fā)器從Sige轉(zhuǎn)換為硅基CMOS后，性價(jià)比進(jìn)一步提升。

毫米波雷達(dá)市場格局

從國外主要毫米波雷達(dá)供應(yīng)商的產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)來看，各公司在毫米波雷達(dá)發(fā)展上各有不同。博世的毫米波雷達(dá)產(chǎn)品主要以76-77GHz為主，產(chǎn)品技術(shù)先進(jìn)，主要包括MRR（中距離）和LRR（遠(yuǎn)距離）兩個(gè)系列，其中LLR4產(chǎn)品最大探測距離可以達(dá)到250米，在同類產(chǎn)品中處于領(lǐng)先位置。
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