项目四任务1：认识毫米波雷达（课件）

认识毫米波雷达智能汽车传感器应用技术一、课程导入在很长一段历史时期，毫米波段属于蛮荒之地。有两个原因：第一个原因是毫米波不实用。虽然毫米波能提供更大的带宽和更高的数据速率，但是以前的移动应用不需要这么大的带宽和这么高的数据速率。且毫米波具有传播损耗太大，覆盖范围太小等缺点。第二个原因是，毫米波成本太高。而经过几十年后，发生了巨大的变化。5G的出现终于让毫米波成了香饽饽。课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结5G通信毫米波雷达的优点思考讨论题（2分钟）一、课程导入你知道除了通信，毫米波还应用到哪些领域吗？答：制导、雷达、遥感技术、临床医学和射电天文等领域。射电天文遥感制导课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点二、毫米波毫米波的频率界限图2.1毫米波定义毫米波是波长为毫米级的电磁波，具体波长为1～10毫米，对应的频段是30～300GHz。毫米波课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点二、毫米波2.2毫米波的特点课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点三、毫米波雷达概念毫米波雷达是工作在毫米波频段的雷达，毫米波位于微波与远红外波相交叠的波长范围。楚航科技毫米波雷达产品课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点四、毫米波雷达的发展历程19401950196070年代后期70年代中期197380年代中期198680年代后期1999至今出现用于机场交通管制和船用导航毫米波雷达，由于效率低，传输损失大，发展受到限制。德国的AEG-Telefunken和Bosch公司共同投资研究汽车防撞雷达技术，由于价格昂贵没有后续发展。毫米波雷达首先应用于军用系统中，如防空系统、导弹制导系统。奔驰率先开始在S级轿车上采用77GHz自主巡航控制系统（ACC）欧洲在“欧洲高效安全交通系统计划（PROMETHEUS）”指导下重新开始了车载毫米波雷达的研制。毫米波雷达开始研制。美国交通部NHTSA对毫米波雷达和制动系统做了组合系统的验证研究。关于汽车毫米波防撞雷达研究开始活跃起来，单脉冲和连续调制波两种体制的雷达已在美、日欧汽车中广泛应用。美国许多著名大学、研究机构，以及几百家企业逐渐开始投入毫米波雷达技术研究，毫米波雷达进入高速发展期。随着汽车市场需求及技术进步，车载毫米波雷达进入蓬勃发展期。毫米波技术得到很大进展，在功率源、高增益天线、集成电路等方面取得进步。毫米波雷达概念最早提出是在军事上的应用。但是对社会意义更大的是在20世纪60年代，美国交通部NHTSA率先提出把毫米波雷达应用在汽车上的理论。到了20世纪90年代，三菱汽车、奔驰汽车开发出基于毫米波雷达的前向距离控制系统，毫米波雷达才正式进入民用车载领域。课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点五、毫米波雷达的类型近距离（SRR）毫米波雷达中距离（MRR）毫米波雷达远距离（LRR）毫米波雷达按照探测距离划分77GHz24GHz60GHz79GHz按照频段划分脉冲式毫米波雷达调频式毫米波雷达按照工作原理划分课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点五、毫米波雷达的类型5.1按频段分类目前世界各国对车载毫米波雷达分配频段各有不同，主要有24GHz、60GHz、77GHz、79GHz这几个频段。目前主流的24GHz和77GHz这两种雷达。77GHz24GHz两类毫米波雷达检测距离示意图课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点五、毫米波雷达的类型5.1按频段分类24GHz和77GHz这两种雷达主要的不同体现在探测距离和应用方向上。77GHz毫米波雷达由于其较小的体积更容易实现单芯片的集成，77GHz毫米波雷达具备更高的识别精度、更高的信噪比以及更强的穿透能力等。类型探测范围安装位置主要应用24GHz毫米波雷达中短距离（50~70米）、探测角度大车辆前部和后部两侧侧向探测，称为角雷达77GHz毫米波雷达长距离（150~250米）、探测距离远车辆的格栅和前保险杠上前向探测，称为中长距离雷达课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点五、毫米波雷达的类型5.1按频段分类24GHz毫米波雷达可实现的ADAS功能：盲区监测开门预警后方车辆预警前碰撞预警变道辅助车道偏移报警系统24GHz毫米波雷达ADAS功能课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点五、毫米波雷达的类型5.1按频段分类77GHz毫米波雷达可实现的ADAS功能：自动制动自适应巡航前向碰撞预警77GHz毫米波雷达ADAS功能课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点五、毫米波雷达的类型5.2按探测距离分类毫米波雷达按探测距离可分为近距离（SRR）、中距离（MRR）和远距离（LRR）毫米波雷达。为了满足不同距离范围的探测需要，一辆汽车上会安装多颗短距离、中距离和长距离毫米波雷达。毫米波雷达类型近距离雷达（SRR）中距离雷达（MRR）远距离雷达（LRR）工作频段/GHz247777探测距离/m小于60100左右大于200功能自适应巡航控制系统

（前方）（前方）前向碰撞预警系统

（前方）（前方）自动紧急制动系统

（前方）（前方）盲区监测系统（侧方）（侧方）

自动泊车辅助系统（前方）

（后方）（侧方）

变道辅助系统（后方）（后方）

后碰撞预警系统（后方）（后方）

行人检测系统（前方）（前方）

驻车开门辅助系统（侧方）

课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点五、毫米波雷达的类型5.3按工作原理分类1、脉冲式毫米波雷达工作原理脉冲式毫米波雷达通过发射脉冲信号与接收脉冲信号之间的时间差来计算目标距离。脉冲式毫米波雷达可以使用单天线进行发送和接收，可以对远距离的目标进行检测，且具有较高的分辨率。脉冲式毫米波雷达测距原理课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点五、毫米波雷达的类型5.3按工作原理分类2、调频式毫米波雷达工作原理（1）测距通过计算发射和接收信号之间的时间差来实现测距的功能。TXchirp表示发射出去的脉冲。RXchirp表示的是接收到的脉冲。调频式毫米波雷达测距原理课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点五、毫米波雷达的类型5.3按工作原理分类2、调频式毫米波雷达工作原理（2）测速通过多普勒效应计算返回接收天线的雷达波频率的变化来实现测速。简单来说，目标物体的相对速度正比于频率的变化量。调频式毫米波雷达测速原理课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点五、毫米波雷达的类型5.3按工作原理分类2、调频式毫米波雷达工作原理（2）测方位角通过并列的接收天线接收到同一目标物体反射回来的电磁波之间的相位差计算得到方位角。在测量物体方位角时，至少需要两组接收天线，两组接收天线的位置及之间的距离是已知的。计算出物体与两组接收天线的距离后，即可确定物体的方位角。调频式毫米波雷达测方位角原理课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点五、毫米波雷达的类型5.3按工作原理分类3、脉冲式与调频式毫米波雷达对比与脉冲式毫米波雷达相比，调频式毫米波雷达具有以下优点：课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点六、毫米波雷达系统的构成对于汽车应用来说，毫米波雷达系统包括天线、射频组件、信号处理模块以及控制电路等部件，其中天线和射频组件是最核心的硬件部分。毫米波雷达系统组成课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点六、毫米波雷达系统的构成天线6.1天线天线作为毫米波发射和接收的重要部件，是汽车毫米波雷达有效工作的关键设计之一。汽车毫米波雷达的天线需要满足以下要求:（1）天线能够大批量生产且低成本。（2）天线的设计要便于安装在车的头部。同时，天线必须被集成在车内而不能影响汽车的外观。课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点六、毫米波雷达系统的构成6.1天线因为毫米波的波长只有毫米长度，所以天线可以实现小型化，通过设计多根天线可以形成列阵，达到窄波束的目的。目前毫米波雷达天线的主流方案是微带阵列，最常见的一种是设计成可集成在PCB板上的“微带贴片天线”，它的优点有以下几点：课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点六、毫米波雷达系统的构成6.2射频组件射频组件负责毫米波信号调制、发射、接收以及回波信号的解调等，为满足车载雷达小体积、低成本等要求，目前最主流的方案就是将射频组件集成化，即单片微波集成电路（MMIC）。MMIC示意图课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点六、毫米波雷达系统的构成6.3信号处理模块信号处理模块通过嵌入不同的信号处理算法，提取从射频前端采集得到的中频信号，获得特定类型的目标信息。是毫米波雷达稳定性、可靠性的核心。信号处理算法分类和跟踪算法测量算法波束形成算法信号检测课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点六、毫米波雷达系统的构成6.3信号处理模块毫米波雷达的数字处理主要通过DSP芯片或FPGA芯片实现。DSP芯片和FPGA芯片分别在复杂算法处理和大数据底层算法上具备优势，因此“DSP+FPGA”融合将逐渐成为主流的应用方案。课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点六、毫米波雷达系统的构成6.4控制电路控制电路是汽车雷达系统实现汽车主动安全控制执行的最后一环。对信号处理器输出的目标信息和车身动态信息进行智能处理并发出控制指令控制车辆。信号处理器目标信息主处理器车身动态信息报警显示系统和制动执行系统发出指令课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点七、毫米波雷达的优点课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点八、毫米波雷达的缺点课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点九、4D毫米波雷达9.14D毫米波雷达的产生随着高级别自动驾驶的快速发展，市场对传感器的感知能力要求不断提高，由于传统毫米波雷达存在一定的短板。毫米波雷达因此迎来了一轮升级换代，4D成像毫米波雷达应运而生。大陆集团ARS5404D成像毫米波雷达课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点九、4D毫米波雷达9.24D毫米波雷达概念4D是指距离、速度、水平角度和垂直高度。相比于传统毫米波雷达二维水平坐标信息（距离、方位角）及相对速度，4D毫米波雷达增加了纵向天线及处理器，可实现对物体高度的探测，提供更高密度、高分辨率的点云信息。4D毫米波雷达可探测物体水平和高度信息课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点九、4D毫米波雷达9.34D毫米波雷达的优点1、分辨率高4D雷达通过高倍数虚拟MIMO等方式，可实现更高密度的点云成像，可探测到轮胎碎片等较小目标，降低漏报、误报率。例如大陆集团的ARS540的水平分辨率达1°，是传统毫米波雷达的5倍。4D毫米波雷达分辨率高课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点九、4D毫米波雷达9.34D毫米波雷达的优点2、探测范围广4D毫米波雷达通过算法、多芯片级联等方式，能在维持高视场角的同时，实现更远探测距离。传统毫米波雷达4D毫米波雷达短距离毫米波雷达中距离毫米波雷达长距离毫米波雷达4D毫米波雷达与传统毫米波雷达探测范围对比课程导入毫米波雷达的类型毫米波雷达的缺点毫米波毫米波雷达概念毫米波雷达的发展历程毫米波雷达系统的构成4D毫米波雷达总结毫米波雷达的优点九、4D毫米波雷达9.34D毫米波雷达的优点3、高度信息感知4D毫米波雷达具备纵向高度感知能力，可解析静态障碍物的轮廓等信息并进行分类，能更加有效地避免“误刹”和“漏刹”。4D毫米波雷达高度信息感知能力课程导