自动驾驶感知——毫米波雷达

文章目录

• 1. 雷达的基本概念
• • 1.1 毫米波雷达分类
  • 1.2 信息的传输
  • 1.3 毫米波雷达的信号频段
  • 1.4 毫米波雷达工作原理
  • • 1.4.1 毫米波雷达测速测距的数学原理
    • 1.4.2 毫米波雷达测角度的数学原理
    • 1.4.3 硬件接口
    • 1.4.4 关键零部件
    • 1.4.5 数据的协议与格式
    • 1.5 车载毫米波雷达的重要参数
    • 1.6 车载毫米波雷达的三种典型应用
    • 2. FMCW雷达的工作流程
    • • 2.1 线性调频脉冲信号
      • 2.2 混频器
      • 2.3 单目标距离估计
      • 2.4 多目标距离估计
      • 2.5 单目标速度估计
      • 2.6 多目标速度估计
      • 参考文献
      • 声明

        1. 雷达的基本概念

            无线电探测及测距（Radio Detection and Ranging）， 发射电磁波并接收目标反射的回波信号，通过对比发射信号与回收信号，获取目标的位置、速度等信息。

        1.1 毫米波雷达分类

            雷达的分类

        • 所发射电磁波的频段，决定了雷达的基本性能特点

        • 超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达、激光雷达、…

        

        • 按照用途分类:军用，气象，导航，车载
        • 按照波长分类:米，分米，厘米，毫米
        • 按照波形分类:脉冲，连续波

          按照波长和用途分类

          • 长波雷达(米，分米)，分辨率低，穿透性强

            ➢一般用于广播，军事预警，卫星通讯等:

          • 短波雷达(厘米，毫米)，分辨率高，穿透性差

            ➢一般用于测绘，短程通讯，车载应用等

            按照波形分类

            • 脉冲雷达

              ➢通过脉冲发送和接收的时间差来确定目标的距离

              ➢不能确定目标的速度

            • 连续波雷达

              ➢发射信号在时间上是连续的

              ➢发射信号的频率是随着时间变化的(调频连续波)

              1.2 信息的传输

              ◼ 调制：将调制信号（待传输信息）混合到载波信号（起到载运作

              用的信号）的过程，可分为调频，调幅，调相。

              ◼ 解调：相反的过程，即从混合信号中恢复出待传输信息。

              ◼ 带宽：调制信号频谱的宽度，带宽高有利于传输更多数据。

              

              • 毫米波雷达使用的电磁波波长介于1-10mm，波长短、频段宽，比较 容易实现窄波束，雷达分辨率高，不易受干扰
              • 早期被应用于军事领域，随着雷达技术的发展与进步，毫米波雷达传 感器开始应用于汽车电子、无人机、智能交通等多个领域。

                

                1.3 毫米波雷达的信号频段

                频率	24GHz	77GHz
                探测范围	探测距离短，探测角度(FOV)大	探测距离长，探测角度小
                频段限制	24GHz频段因与其他无线电设备共享，必须限制发射功率	独占频段
                带宽	小于1GHz	可达4GHz
                优势	在中短距测距有明显优势；探测范围FOV更大	波长更短波束更窄；识别精度高且穿透力更强；带宽更大可兼顾远中近不同场景
                代表产品	大陆 ARS208，Hella 24GHz角雷达	大陆 ARS408，BOSCH LRR4

                1.4 毫米波雷达工作原理

                    在车载毫米波雷达中，目前主要有三种调制方案：调频连续波（Frequency

                Modulated Continuous Wave, FMCW），频移键控（Frequency Shift Keying, FSK）以及相移键控（Phase Shift Keying, PSK）。

                    主流车载毫米波雷达所采用的的调制信号为调频连续波FMCW。

                    其基本原理是在发射端发射一个频率随时间变化的信号，经目标反射后被接收机接收，通过反射信号和接收信号之间的混频，得出两个信号的频率差，随后通过电磁波传播公式和多普勒效应公式求出目标距离和速度.

                ⚫ 测距测速是通过分析发射和接收的调频连续之间的区别来实现

                ⚫ 测量角度是通过计算不同天线单元之间的延时差来计算

                1.4.1 毫米波雷达测速测距的数学原理

                

                    这里首先分析 0 2 π / M \nabla {\phi _1} - \nabla {\phi _2} = \frac{{4\pi {T_c}}}{\lambda }({v_1} - {v_2}) > 2\pi /M ∇ϕ1​−∇ϕ2​=λ4πTc​​(v1​−v2​)>2π/M ( v 1 − v 2 ) > λ 2 T c M = λ 2 T f ({v_1} - {v_2}) > \frac{\lambda }{{2{T_c}M}} = \frac{\lambda }{{2{T_f}}} (v1​−v2​)>2Tc​Mλ​=2Tf​λ​ T f T_f Tf​为一帧的时间

                提高速度分辨率的方法:提高帧时间，Chirp时 间固定的话等价于增加Chirp个数。

                

                参考文献

                [1] Milovanovic Vladimir M… On fundamental operating principles and range-doppler estimation in monolithic frequency-modulated continuous-wave radar sensors[J]. Facta universitatis - series: Electronics and Energetics,2018,31(4).

                声明

                本人所有文章仅作为自己的学习记录，若有侵权，联系立删。本系列文章主要参考了清华大学、北京理工大学、哈尔滨工业大学、深蓝学院、百度Apollo等相关课程。