深圳电子展
2024年11月6-8日
深圳国际会展中心(宝安)

雷达测距测速原理

 

毫米波雷达是ADAS系统的主要传感器,毫米波雷达频率范围30GHz-300GHz,波长从1mm-10mm,毫米波雷达测距可达200多米,可以对目标进行有无检测、测距、测速以及方位测量。它具有良好的角度分辨能力,可以检测较小的物体。同时,毫米波雷达有很强的穿透率,能够穿过光照、降雨、扬尘、大雾等来准确探测物体,可全天候工作。 NEPCON ASIA小编从上面的对比可以看出,相比激光雷达,毫米波雷达仍有着强大的优势。激光的波长远小于毫米波 (nm vs mm),所以雾霾可能导致激光雷达失效。

同样的原因,毫米波雷达的探测距离可以轻松超过200米,而激光雷达一般不超过150米,所以对于高速公路跟车场景,毫米波雷达能够做的更好。相比于其他类型的雷达,毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候(大雨天除外)全天时的优点。其缺点是无法识别物体颜色;视场角较小,需要多个雷达组合使用;行人的反射波较弱,难以识别。虽然激光雷达号称无人车的眼睛,近几年也受到了前所未有的追捧,但目前阶段,ADAS及自动驾驶方案选择的主流仍然是毫米波雷达。在无人驾驶时代尚未到来之前,汽车ADAS驾驶员辅助驾驶系统,毫米波雷达将是近几年车载雷达的主流。随着毫米波雷达器件成本近几年大幅降低,也使得它在汽车领域迅速应用起来。

汽车雷达作为驾驶员辅助系统的核心传感器(检测距离、速度);远距离雷达(LRR)是用来实现自动巡航(ACC),中距离雷达(MRR)用来实现侧向来车报警和车道变道辅助,近距离雷达(SRR)则是用来实现停车辅助、障碍和行人检测。 77GHz汽车雷达系统属于目前国内外各大汽车公司研究和设计的热点,相比于激光车载雷达、红外线车载雷达以及其他低频段的毫米波车载雷达而言,77GHz汽车雷达可利用的频谱范围宽、信息容量大、分辨率高、多普勒频移大、测速灵敏度高、抗干扰能力及穿透等离子体的能力强,并且容易实现天线的窄波束和高增益等。 车载毫米波雷达按照不同的分类方式有着不同的划分方法。根据安装工作频率、探测距离、主要功能等三种划分方式。

1)按照雷达的工作频率划分;可以主要分为两类:24GHz雷达和77GHz 雷达,由于24GHz 雷达在带宽和使用范围上的受限,以及 77GHz 雷达的高带宽,高精度,体积小等优势,越来越多的国家将77GHz的频段划分给车载毫米波雷达使用,所以未来77GHz雷达会取代24GHz雷达。76GHz81GHz相比于24GHz,物体分辨准确度提高2-4倍,测速和测距精确度提高35倍,能检测行人和自行车;且设备体积更小,更便于在车辆上安装和部署;该频段是全球装配永久认可的权威频段,因此更适用于全球车辆平台。采用MIMO(多输入多输出)阵列扫描技术的79GH成像雷达还可以获得目标的高度信息,从而实现真正意义的毫米波成像,79GHz成像雷达将成为未来车用的主流,与摄像头、激光雷达结合实现多传感器融合。在未来智能驾驶的发展过程中,将是一个重要的感知手段,多种功能的雷达与多种传感器的技术融合,是实现无人驾驶的必经之路。

2)按照雷达的探测距离划分:可分为长距雷达(LRR),中距雷达(MRR),短距雷达(SRR);分别应用在不同的场景实现不同的功能,也可以组合使用,或配合 ADAS 系统,实现多传感器的融合。

3)按照雷达功能划分可以区分不同应用的雷达:主要的常用功能雷达包括:BSD(Blind Spot Detection-盲点侦测系统),AEB(Autonomous Emergency Braking-自动紧急制动系统),FCW(Forward Collison Warning-前向碰撞警告系统),ACC(Adaptive Cruise Control-自适应巡航系统)。 汽车毫米波雷达的工作原理 毫米波是指波长在1mm10mm的电磁波,其带宽大、分辨率高、天线部件尺寸小,能适应恶劣环境。毫米波雷达中目前使用广泛的是调频连续波(FMCW)的特殊毫米波技术。具体指,雷达连续发射FMCW调频信号,以测量距离,角度以及速度,不同于周期性发射短脉冲的传统脉冲雷达系统,车用毫米波雷达,通常采用结构简单成本较低,适合近距离探测。

雷达天线向外发出一系列连续调频毫米波,频率随时间按调制电压的规律变化,一般是连续的三角波,也可以是锯齿波。 毫米波雷达通过微带阵列天线向外发射调频连续波(FMCW),经目标反射后接收到的回波与发射波存在一个时间差,利用该时间差可计算出目标距离。通过信号处理器分析发射与反射信号的频率差异,基于多普勒原理,可以精确测量目标相对于雷达的运动速度,进一步通过多目标检测与跟踪算法,实现多目标分离与跟踪。进而结合车身动态信息进行数据处理。经合理决策后,以声、光及触觉等多种方式警告驾驶员,或及时对汽车做出主动干预,减少事故发生几率。

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