汽車?yán)走_(dá)線路板廠淺談車載毫米波雷達(dá)
汽車?yán)走_(dá)線路板廠了解到，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中毫米波雷達(dá)是常見的傳感器配置之一，由于其具有穿透力強(qiáng)(不受煙、霧、灰塵影響)、可全天候使用、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。因此毫米波雷達(dá)成為彌補(bǔ)激光、攝像頭等其他傳感器在車載應(yīng)用中所不具備的使用場景。
出于此，來梳理一下毫米波雷達(dá)的資料。
01.
毫米波雷達(dá)原理
毫米波雷達(dá)本質(zhì)是利用電磁波信號被其發(fā)射路徑上的物體阻擋繼而會(huì)發(fā)生反射。通過捕捉反射信號，來確定物體的距離、速度和角度。其波長范圍為1~10mm，頻率范圍為30~300GHz。
但是由于雷達(dá)頻率受各國政府嚴(yán)格管控，因此車載毫米波雷達(dá)的應(yīng)用頻段主要集中在24G、60G、77G、79GHz這幾個(gè)頻率的應(yīng)用。
02.
毫米波雷達(dá)分類
按工作方式來看，毫米波雷達(dá)分為脈沖類型和連續(xù)波類型，連續(xù)波類型又細(xì)分為CW(恒頻連續(xù)波，只能測速不能測距)、FSK(頻移鍵控連續(xù)波、可探測單個(gè)目標(biāo)的具體和速度)、FMCW(調(diào)頻連續(xù)波，可對多個(gè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)測距和測速，分辨率高，技術(shù)成熟)。
脈沖雷達(dá)工作原理：脈沖工作方式可以將發(fā)射波和回波區(qū)分出來，同時(shí)可對比接收回波與發(fā)射信號中不同頻率，利用多普勒效應(yīng)得到目標(biāo)的速度信息。也可以利用回波的時(shí)間信息得到距離信息。該方式數(shù)據(jù)處理原理較簡單，但由于單次脈沖需求功率大，存在間歇期的盲區(qū)，在當(dāng)前毫米波雷達(dá)產(chǎn)品中未被采用。
CW恒頻連續(xù)波雷達(dá)工作原理：對接收信號與發(fā)射信號的混頻可以得到目標(biāo)的多普勒頻率進(jìn)而得到速度信息。但是由于是連續(xù)波，不能測得發(fā)射信號的來回時(shí)間。因此CW雷達(dá)不能進(jìn)行距離測量，只能實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的速度測量。
FMCW雷達(dá)工作原理：FMCW雷達(dá)的發(fā)射頻率隨時(shí)間變化呈線性變化，這樣在發(fā)射信號里面可攜帶時(shí)間信息。高頻信號由壓控振蕩器產(chǎn)生，通過功率分配器將一部分經(jīng)過額外放大后饋送至發(fā)射天線，另一部分耦合至混頻器，與接收的回波混頻后低通濾波，得到基帶差頻信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后送至信號處理器處理。這樣得到的信號既能得到時(shí)間信息，也可以得到多普勒效應(yīng)特征點(diǎn)。因此可同時(shí)測量速度和距離信息。
03.
毫米波雷達(dá)的數(shù)據(jù)傳輸
雷達(dá)芯片自帶數(shù)據(jù)處理能力，其一般有兩種信號傳遞方式：
1.雷達(dá)直接給出提供32個(gè)原始目標(biāo)，并且告知是靜止還是運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。在這種模式下，需要主機(jī)廠自行結(jié)合視覺算法，來判斷靜止物體是汽車還是其他障礙物。
2.雷達(dá)控制器基于毫米波的RCS反射面積和不同幀之間反射點(diǎn)情況，從32個(gè)原始目標(biāo)中篩選出功能安全目標(biāo)——即車輛需要做出反應(yīng)的目標(biāo)。
因此在這兩種模式下傳遞的信號其實(shí)已經(jīng)屬于低數(shù)據(jù)量的特征點(diǎn)，故雷達(dá)與控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸采用傳統(tǒng)的CAN通訊。
04.
毫米波雷達(dá)的優(yōu)缺點(diǎn)
軟硬結(jié)合板廠開頭的時(shí)候就大致描述了毫米波雷達(dá)的具有的優(yōu)質(zhì)特性，但是缺點(diǎn)也難以避免，比如毫米波雷達(dá)無法提供高度信息，空間分辨率一般，并且嚴(yán)重的是，由于毫米波雷達(dá)的工作方式是利用多普勒效應(yīng)來檢測目標(biāo)的，這就會(huì)導(dǎo)致對于靜態(tài)目標(biāo)產(chǎn)生漏檢的情況，導(dǎo)致自動(dòng)駕駛系統(tǒng)做出錯(cuò)誤的決策。
另外由于毫米波雷達(dá)芯片基本被博世、NXP、TI壟斷，其中博世和NXP又不對外供貨，導(dǎo)致國內(nèi)企業(yè)基本用的是TI的芯片，這也導(dǎo)致同質(zhì)化競爭特別嚴(yán)重，另外在PCB基材以及結(jié)構(gòu)布局對雷達(dá)性能很敏感，基本上這一塊也受國外企業(yè)壟斷，比如羅杰斯等。
05.
毫米波雷達(dá)的發(fā)展方向
1.前向MRR和LRR往高頻率77/79GHz方向演化。
2.毫米波雷達(dá)對方位的探測，利用的是波長短的特性，使用陣列天線來構(gòu)成窄波束。實(shí)現(xiàn)一個(gè)雷達(dá)覆蓋較寬的方位角。
3.提高雷達(dá)頻率，在保持相同增益的條件下，天線孔徑可隨波長的平方倍數(shù)減少。對應(yīng)雷達(dá)尺寸也可降低。
4.同時(shí)孔徑減小可提供更窄的波束，雷達(dá)的速度，位移，物體尺寸的探測精度可大幅度提高。
以上就是PCB廠整理的車載毫米波雷達(dá)相關(guān)知識！
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