潮车行天下|原理其实蛮简单,自动驾驶“三驾马车”之毫米波雷达
激光雷达、毫米波雷达、摄像头 , 被称为自动驾驶传感系统的“三驾马车” 。 激光雷达很贵 , 摄像头有先天缺陷 , 但毫米波雷达却是所有高级别自动驾驶ADAS不可或缺的标配 , 本文从科普角度为读者介绍毫米波雷达 。
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什么是毫米波
毫米波 , 英文名称为MillimeterWave , 缩写为MMW , 波长为1~10毫米 , 频率为30~300GHz的电磁波 。
毫米波的频率介于微波和红外线之间 , 因此兼有这两种波谱的优点 , 同时具有自己的特性:
①与微波相比 , 具有体积小、质量轻和分辨率高的优点;
②与红外、激光相比 , 穿透烟、雾、灰尘能力强 , 传输距离远 , 具有全天候全天时的特点;
③性能稳定 , 不受目标物体形状和颜色的干扰
因此 , 毫米波雷达很好弥补了红外、激光、摄像头等其他传感器在车载应用中所不具备的使用场景 。
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毫米波频段之争
大气层中的水汽、氧气等会对电磁波有吸收作用 , 针对于毫米波的应用主要集中在“大气窗口”和“衰减峰”频率上 。
“大气窗口”是指毫米波通过大气层时 , 衰减比较小、透射率高的波段 , 主要集中在35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz五个频段附近 。
“衰减峰”指的是毫米波衰减出现极大值的波段 , 集中在60GHz、120GHz、180GHz三个频段附近 。
“大气窗口”频段适用于点对点通信 , 目前已被低空空地导弹和地基雷达采用 , 而“衰减峰”频段多被一些隐蔽网络所选用 , 以满足网络安全的要求 。
因此 , 车载毫米波雷达主要集中在24GHz和77GHz这2个频段 。
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其中 , 24GHz的波长是1.25cm , 严格意义来讲 , 它应该被称为厘米波 。 24GHz是最早被划分出来作为民用的频段 , 也是汽车最早就一直使用的频段雷达 。
77GHz的波长是3.9mm , 是真正意义上的毫米波 。 由于天线尺寸随着载波频率上升而变小 , 所以77GHz波段的毫米波雷达系统尺寸也会比24GHz更紧凑 。
?77GHz毫米波雷达正逐步取代24GHz , 成为汽车领域主流的传感器 。
工作原理及组成
毫米波雷达工作原理与激光雷达和摄像头类似 , 通过天线向外发射毫米波 , 并接收目标反射信号 , 通过对信号进行对比和处理 , 最终完成对目标的分类识别 。
毫米波雷达主要由收发天线、前端收发组件、信号处理器及算法三个部分组成 。
【潮车行天下|原理其实蛮简单,自动驾驶“三驾马车”之毫米波雷达】①天线
主要用于发射和接收毫米波 , 由于毫米波波长只有几个毫米 , 而天线长度为波长1/4时 , 天线的发射和接收转换效率最高 , 因此天线尺寸可以做的很小 , 同时还可以使用多根天线来构成阵列 。
目前主流天线方案是采用微带阵列 , 即在印刷电路PCB板上 , 铺上微带线 , 形成“微带贴片天线” , 以满足低成本和小体积的需求 。
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②前端收发组件MMIC
是毫米波雷达的核心部分 , 主要负责毫米波信号的调制、发射、接收以及回波信号的解调 。
收发组件包含了放大器、振荡器、开关、混频器等多个电子元器件 , 常采用单片微波集成电路(MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit , MMIC) 。 MMIC , 属于半导体集成电路的一种技术 , 能降低系统尺寸、功率和成本 , 还能嵌入更多的功能 。
③信号处理器以及算法
通过芯片嵌入不同的算法 , 对信号进行处理 , 实现对探测目标的分类识别 。
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