自动驾驶传感器之毫米波雷达（二）车载毫米波雷达的应用原理

作者/采购订单

编辑/Po

制作/阿保1990

你知道你有什么类型的倒车雷达吗？

这里简单介绍一下超声波雷达，俗称倒车雷达，倒车时使用。倒车时，超声波倒车地雷利用超声波测距原理检测汽车后部与障碍物之间的距离，是汽车的停车辅助装置。

其原理如下：

超声波发射器在外部的特定方向上发射超声波信号，并且在发射超声波的同时开始计时。超声波在空气中传播，当传播过程中遇到障碍物时，它会立即返回并传播回来。超声波接收器在接收到反射波时立即停止计时。超声波在空气中的传播速度为340m/s。通过记录时间t，计时器可以计算出从发射点到障碍物的距离长度，即s＝340t/2。

超声波的能量消耗相对较慢，并且在穿透力强的介质中传播很长的距离。测距方法简单，成本低。

然而，它在高速测量距离时有一定的局限性，因为超声波的传输速度很容易受到天气条件的影响。在不同的天气条件下，超声波的传输速度不同，传播速度较慢。当汽车高速行驶时，使用超声波测距无法跟上汽车之间距离的实时变化，从而导致重大误差。另一方面，超声波具有较大的散射角和较差的方向性。在测量远处目标时，其回波信号会相对较弱，影响测量精度。然而，在短距离测量中，超声波距离传感器具有显著的优势。

他们中的大多数现在都配备了倒车雷达。

毫米波在汽车中的应用

回到毫米波，如果将其集成到汽车中会有什么帮助？让我们首先对车载雷达有一个直观的了解：

对于车辆安全来说，最重要的标准是两辆车之间的相对距离和速度信息。高速行驶的车辆如果靠得太近，很容易发生追尾事故。因此，常用的防撞系统将测量车辆之间的相对距离作为其主要检测任务。

毫米波雷达通过电磁波束探测目标。然而，毫米波雷达的发射功率、探测距离、天线布局和探测角度是相互制约的。因此，毫米波雷达很难实现高角度和远程性能。因此，汽车行业的毫米波雷达分为三类：远程LRR、中程MRR和近距离SRR。

SRR的当前价格约为每台45-60美元，MRR约为45美元，LRR约为80-90美元。车载雷达的频率主要分为24GHz和77GHz两个频段，77GHz频段代表着未来的趋势：这是国际电信联盟专门为车载雷达分配的频段。严格来说，77GHz雷达属于毫米波雷达，但在现实中，24GHz雷达也被称为毫米波雷达。远程和中程毫米波雷达都是77GHz，而短程雷达是24GHz。其中，77GHz毫米波雷达主要用于车辆前部，用于检测中远程物体，而24GHz毫米波天线一般安装在车辆侧面和后部，用于盲点检测、辅助停车系统等。

机载毫米波雷达的中心频率已从24GHz提高到77GHz。由于体积小、易于实现单一……的优点……

与24GHz、77GHz毫米波雷达相比，ip集成、良好的性能、更低的研发成本和雷达系统材料成本将成为未来行业发展的主要方向。

毫米波雷达需求增加

目前，主流自动驾驶车型通常配备三个24GHz和一个77/79GHz毫米波雷达的L2级，而L3/L4级车辆通常配备4-6个24GHz毫米波和2-4个77/79 GHz毫米波。

? 为了充分实现ADAS的各种功能，通常需要5个“1长+4中短”的毫米波雷达。奥迪A8配备了5毫米波雷达，而梅赛德斯-奔驰S级配备了6毫米波雷达

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车载毫米波雷达的工作原理

雷达通过天线向外发射毫米波，接收目标反射信号，通过后处理快速准确地获取汽车周围的物理环境信息（如相对距离、相对速度、角度、运动方向等）。然后，基于检测到的目标信息，对目标进行跟踪和识别以进行分类，并与车辆动态信息相结合以进行数据融合。最后，通过ECU进行智能处理。在做出合理决策后，通过声音、光线、触摸等多种方式告知或警告驾驶员，或及时主动干预车辆，以确保驾驶过程中的安全和舒适，降低事故发生的概率。

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毫米波雷达的内部架构：

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因为信号的发送和接收有两个部分，所以信号主要来自两个部分。一种是接收天线，它经过LNA信号放大器，然后到达混频器，最后进入DSP信号进行AD采样，然后进行低通滤波，最后通过傅立叶变换进入MCU。发送信号的原理是相似的，这里需要强调调制方法。90%的毫米波雷达选择FMCW调制方式。

FMCW是毫米波雷达的主流工作模式。根据电磁波辐射方式的不同，毫米波雷达主要有两种操作系统：脉冲系统和连续波系统。连续波可以进一步分为FSK、PSK、CW、FMCW和其他模式。由于能够检测多个目标、高分辨率和低成本，大多数一级供应商都选择FMCW。

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毫米波雷达的集成方案

毫米波雷达芯片正在逐步走向集成化。在76-81GHz（对应于大约4毫米的波长）下操作的毫米波系统将具有检测小于一毫米的移动系统组件的尺寸的能力，这相当于识别硬币大小的物体。

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一种完整的毫米波雷达系统，包括发射（TX）和接收（RX）射频（RF）部件；模拟组件，如时钟和模数转换器（ADC）；数字部件，如微控制器（MCU）和数字信号处理器（DSP）。在组件集成和封装之后，组件的尺寸将显著减小。

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