实现高效雷达系统的毫米波天线布局指南

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毫米波雷达技术中,角度维性能一直是令算法工程师们最为关注的环节之一。良好的角度维性能是产品的核心卖点之一,甚至成为核心竞争力的体现;而处理不当,则可能导致客户的不断投诉和质疑。
 
角度维性能受到多种因素的影响,包括但不限于天线设计、天线布局、通道校准与补偿、角度自校准、温度影响补偿以及DoA算法等等。即使只有其中一项处理得不够透彻,也可能成为雷达产品的短板。
 
首先,需要根据功能定义来确定雷达在角度维度上的需求。如若雷达需要进行俯仰测角,那么在布局设计中就需要考虑用于俯仰测角的阵元。明确功能定义,即确定雷达在角度维度上的应用目标,是十分重要的。
 
在明确了功能需求后,接下来就是关注是否能够很好地实现这些功能,即方位角和俯仰角的性能。理想状态是在理论上实现在±90度范围内的无模糊测角,并在这个范围内获得高分辨率和高精度的方位与俯仰估计。
 
当然,这只是美好的期望状态,在实际工程中几乎无法完全达到。但也无需强求完美,因为在车载领域中,我们可以依据一些合理的假设来进行取舍:
 
方位角的性能重要程度高于俯仰角
 
俯仰角通常具有远小于方位角的视场角(FoV)
 
这两种经典布局方式目前是最常见也最广泛使用的,它们的性能相对稳定且算法上的要求不高。然而,正如前面所提到的,这仅是基础布局,仍有改进空间。例如,在保持收发阵列数量不变的条件下,可以进一步提高阵列孔径,以获得更高的方位与俯仰估计性能。
 
你可能经常会看到Continental、BOSCH、Hella等大型公司的雷达采用各种奇特的3TX4RX等布局设计。这些看似复杂的布局都是在两个基本假设下进行的,以更好地贯彻三条设计原则。
 
总结
 
或许你已经注意到,大型公司的阵列布局基本上都是稀疏的。这种稀疏布局旨在提高角度估计的精度,虽然也存在一些代价,但可以通过适当的DoA策略来解决。因此,总体而言,这样的代价是非常值得的,能够在有限资源下挖掘更多潜力。
 
另外需要注意的是,正如前面所述,这些大型公司的布局设计无一例外都需要较高的信噪比支持,至少相比经典布局有更高的信噪比要求。这就要求硬件达到一定水平,而这正是这些大公司的优势所在。
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