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[分享] 毫米波雷达将引领趋势吗?

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发表于 2023-12-13 12:00:54 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 eefocus_3949667 于 2023-12-13 13:17 编辑

毫米波雷达作为现代科技领域的一项重要技术,已经在许多领域得到了广泛应用。随着自动驾驶、智能交通等领域的快速发展,毫米波雷达的应用前景愈发广阔。那么,毫米波雷达是否将成为未来发展的趋势呢?今天,我将和大家分享一些关于毫米波雷达的发展趋势和未来应用的信息。希望通过我们的探讨,能够更好地了解毫米波雷达的应用前景和未来发展趋势。


1、按探测距离来划分,毫米波雷达主要分为四类:主要是 SRR/MRR/LRR 三种,USRR应用不多。超短程毫米波雷达(USRR)、短程雷达( SRR )、中程雷达( MRR)、远程雷达(LRR),最大探测距离分别在 15 米、50 米、150 米、250 米。LRR一般装在前方和后方,实现 ACC/AEB/LDW 功能;MRR 装在车身四角,实现 BSD/变道辅助功能;SRR装在车身周围,实现停车辅助、十字交通报警;但是 SRR/MRR/LRR都存在近距离盲区所以需要超声波雷达来弥补,而 USRR 和超声波雷达功能类似,两者是替代关系,AK1 超声波雷达分为UPA和APA两种,UPA探测距离2.5m,APA探测距离5m,目前AK1下一代 AK2 超声波雷达探测距离已经可以达到 7m,最小盲区仅 10cm。


2、按照安装位置划分,毫米波雷达可以分为角雷达和前雷达。(1)角雷达:安装在车辆后部和前部两侧,一般用 SRR 作为角雷达,前角雷达主要实现横穿车辆预警、行人和自行车识别,后角雷达主要实现 BSD、变道辅助功能。(2)前雷达:安装在车辆格栅和前保险杠上,一般用 MRR/LRR作为前雷达;前雷达主要实现 ACC 和 AEB 功能。


3、按照工作频段划分,毫米波雷达可以分为 24GHz 和77GHz毫米波雷达,目前77GHz逐渐成为主流。法规对智能驾驶安全性要求越来越高,从最开始检测到前面一辆车,变为要求检测到多个车、行人、自行车等,这要求毫米波雷达的测速、测距、测角性能都需要大幅提升;而从原理上讲 77GHz毫米波雷达在上述三方面性能上都能比 24GHz 更强,因此77GHz取代 24GHz 已经是大势所趋。因为考虑到要把 24GHz 分配给射电天文和电信工业应用并且减少汽车雷达对这些应用的干扰,美国 FCC和欧洲 ETSI都已决定从 2022年1月 1日起停止 24GHz 的宽频段 (21.65~26.65GHz)在汽车雷达中的使用,24GHz毫米波雷达能用的仅剩下24.05~24.25GHz范围的窄带频谱,从而淘汰24GHz UWB 雷达2021年12月 6日,中国工信部无线电管理局正式发布《汽车雷达无线电管理暂行规定》明确规定自 2022 年3月 1 日起,不能再生产和进口使用 24.25-26.65GHz 频段的汽车雷达(对于 24-24.25GHz 频段窄带汽车雷达,按照工信部 2019 年第 52 号公告仍可继续使用);同时规定将 76~79GHz频段规划用于汽车雷达。


车载毫米波雷达主要使用 4 个工作频段:24GHz 和 77GHz4、波形调制方式上毫米波雷达都是采用 FMCW,测距方式是间接飞行时间法(iToF)FMCW波形具有频率随时间线性变化的特点,如果雷达能够确定接收频率和雷达的斜坡频率之间的差值( 图中的Af),那么它就可以计算雷达信号的时间( 图中的At,其中At=T*人f/BW ),从而计算距离目标的距离(距离 R=c*At/2 )。毫米波雷达发射的是电磁波,以光速传播,超声波雷达发射的超声波是一种以空气为载体的声波,容易受温度、湿度和风的影响,激光雷达发射的是激光,以光速传播。



5、毫米波雷达主要实现四个作用: 测距、测速、测方位角、测俯仰角。对应以上三个作用,衡量毫米波雷达性能的主要指标也分成三类: (1)测距:最远距离、距离精度、距离分辨率;(2)测速: 最大速度、速度精度、速度分辨率,(3)测方位角:视场角、角度精度、角度分辨率。(4)测俯仰角: 视场角、角度精度、角度分辨率除上述指标之外,还有两个重要性能指标分别为 :检测目标数/跟踪目标数,刷新周期。


6、毫米波雷达测距三大指标、测速三大指标由雷达“一个帧的基本参数”决定,而这些参数都是根据雷达设计的性能参数来设定的,实现上没有难度也没有太大差异化空间。“个帧的基本参数”包括Tc( Chirp 周期 )、B( 扫频带宽)、S(调频斜率)、Tf( 周期)、N(一个帧内包含的 Chirp 数)、Fs ( ADC采样率)。上述参数中有两个关系式:Tf=NxTc和 S=B/Tc。在定义一款毫米波雷达时,需要提前设定好 dmax( 最大探测距离 )、AR( 距离分辨率 )、Vmax( 最大速度)、Dv( 速度分辨率 )。因为光速为常量( 3*108m/s ),所以可以先根据vmax计算出 Tc,然后再根据AR计算出 B,再根据最大探测距离 dmax和距离分辨率AR 确定采样点个数,假设一个采样率进而确定斜坡频率 S;随后可以根据Av 计算出Tf,前一步骤已经确定了 Tc,所以N 也可以求出一至此,所有“一个帧的基本参数都已经设置完毕。



7、毫米波雷达测速和测距性能进步主要取决于 MMIC 芯片本身性能提升。对于前雷达而言,最大探测距离主要受限于ADC 采样率,而 ADC采样率主要由MMIC 芯片本身性能所决定。距离精度和速度精度主要取决于毫米波雷达系统信噪比的提升,系统信噪比主要受到 MMIC 芯片的噪声系数、相位噪声等指标的影响。


8、测角性能是中游毫米波雷达厂商能够做出差异化的竞争高地;方位角三大指标和俯仰角三大指标主要取决于各家的天线布局方案和虚拟通道数量。孔径大小是提升雷达角分辨率的关键,而天线的数量、天线间的排布间隔又会影响到孔径大小。角分辨率作为雷达的指向精度,其数值高低与波长与孔径大小有关,即波长越长,角分辨率越低,孔径越大分辨率越高。天线孔径是指天线的方位向尺寸( 单位: m ),代表天线可以以多大的有效面积去吸收电磁波。天线在某个方向的波束宽度和天线沿该方向的尺寸成反比。无论如何时间和空间是相互矛盾的,虚拟出更多的天线,意味着雷达的帧周期越长。


9、毫米波雷达信号处理流程:前端 MMIC 发射完波形后就会处于低功耗的状态,而后端处理器则需要在剩下的时间完成信号处理,会依次经过以下步骤。


(1)距离 FFT:一般在发射同时会实现低维 Range FFT 工作,也就是快速傅里叶变换,它需要 N*P 次 M 点实数 FFT,能够获得目标的距离信息。


(2)多普勒 PPT:做完 Range FFT 工作之后再做多普勒 FFT,需要 M/2*P 次N 点复数 FFT,从而获得速度信息。


(3)非相干累加 :将 P 个接收通道的数据做求模累加,最后得到幅值矩阵,需要M/2*N*P 次复数求模累加。


(4)CFAR 目标检测: 采用横虚警率的计算方法,计算出噪声值,大于噪声值认为是目标,小于噪声园值的是噪声。


(5)DoA 估计:在CFAR以后会得到 K1 个目标点,包含目标的距离、速度信息,但是还没有角度信息,所以接下来需要计算角度,叫做 DoA Estimation,计算出 K1 个目标点的方位角;如果是高精度二维成像雷达还可以得到俯仰角信息,计算完成以后会得到 K2个目标点,相比于之前的 K1 个目标点,主要增加了俯仰角信息。


(6)聚类和追踪:我们对 K2 个目标点进行聚类和帧间的追踪操作,得到 K3 个真实目标轨迹。


(7)和应用相关的处理工作。


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