雷达传感器的一些基础知识

今天有几种雷达被广泛使用。车辆中使用的类型称为调频连续波FMCW。FMCW不会发出简单的脉冲以反射从目标反射回来的信号，而是发出线性调频脉冲，该脉冲的频率在其工作期间会上升。传播。从发射器发出的线性调频脉冲的频率与接收到的反射的频率（在任意一次）之间的差与从发射器到物体的距离线性相关。

当前一代配备雷达的车辆通常具有一个前雷达，用于约150米范围的自适应巡航控制。通常有第二个前置雷达，具有较宽的视野（FOV），用于紧急制动辅助。在后部，有两个雷达，它们的探测距离可达80米，可以探测到汽车后方的车辆。

业内分析人士预计，未来所有这些雷达的射程都会增加，尤其是后部雷达的射程有望达到160 m。

如今，典型的车载雷达模块包含五个主要功能模块：天线、RF部分、高速数字接口、信号处理器和电源部分。

汽车系统有两种类型的天线，垂直和水平极化，或者仅V和H。V是传统类型。垂直极化的好处是杂波较少，但方位角（水平偏差角度）FOV有限，这是因为单元素贴片V辐射器的辐射方向图较窄。类似地，水平极化需要更大的方位角FOV，但是在最终的目标图案中会出现更多的波纹。

大多数雷达前端组件采用RF CMOS。通常的配置是将RF组件放在一块PCB上，在另一块PCB上进行信号处理。

在典型的汽车FMCW模块中，本机振荡器（LO）产生线性调频连续波信号chirp，该信号被功率放大器放大并从天线发射出去。接收天线截取反射信号，然后将其放大并与LO信号混合。这种混合产生了本振和回波频率之和及其差。过滤掉和，并将差值（拍频或中频IF）数字化。ADC的数字化输出送至信号处理器，该处理器分析目标信号的结果。信号处理器通常包含两个至六个内核，并包括用于FFT的专用硬件。

需要注意的一点是，与其他汽车子系统的接口往往是雷达系统的严重限制因素。要了解原因，请考虑一个雷达传感器在10毫秒的测量时间内以20毫秒/秒的有效速率采样，周期时间为50毫秒。如果ADC的采样率为12位/秒，则快速计算得出每个测量值为1.2 MB，四个接收通道的数据速率为24 MB /秒。问题是当今最快的管道是高速以太网。它的比特率是100 Mbit /秒或仅11.75 MB /秒。因此，如果与雷达传感器一起使用，则高速以太网连接将以12.25 MB /秒的速度备份传感器数据。

如今，自动雷达通常使用频率从77增加到77.8 GHz的线性调频波形。发射和回波信号之间的瞬时频率差与时间延迟成正比，时间延迟与范围成正比。因此，IF信号的测量给出了范围信息。数字化版本是计算范围和确定目标的基础。

当目标移动时，会出现复杂情况。由于多普勒效应，反射波的频率会发生变化，因此IF频率不仅取决于范围，而且取决于目标的相对速度。为了解决歧义，自动雷达通常使用其信号处理器将多普勒频率与范围频率分开。

通常的技术是发出几个快速的rp声，即a声序列。生成的数据被放入通常表示为二维数组的数据矩阵中，每个收集到的线性调频脉冲的检测频率显示在单列中。

列的内容通常称为“快速时间”，而行的内容称为“慢时间”。线性调频序列信号处理始于对快速时间条目执行的FFT，然后对慢时间数据执行FFT。沿着快速时间轴的FFT有效地提供了所谓的范围压缩，因为它将所有反射的能量压缩到一个范围内。类似地，沿着慢速时间轴的第二个FFT提供了速度压缩。在只有一个目标的简单情况下，在目标的范围和速度上获得一个峰。

二维FFT给出了一个或多个目标的速度和范围。目标基本上是高于某个噪声阈值的峰值。（设置此阈值本身就是一个处理问题。）但是汽车应用还需要根据雷达传感器的角度位置来确定目标。为了测量该角位置，雷达采用了多个天线，通常在4到16个之间。在每个天线输出上都会进行快速和慢速FFT。生成的数据通常可视化为具有X轴和Y轴的立方体，其中X轴和Y轴由快速和慢速数据组成，Z轴表示每个天线的数据。实际上，此立方体表示具有速度，距离和方位轴的3D地图。

目标的角位置由相邻雷达波束中接收信号的振幅比确定，通常称为单脉冲技术。单脉冲技术沿略有不同的方向（或可能略有不同的相位）发出雷达信号。反射信号被分别放大并相互比较，从而指示哪个方向的返回强度更大，从而指示目标相对于雷达主轴线的大致方向。这种比较发生在一个脉冲期间，因此是单脉冲绰号。

单脉冲方法的好处是计算便宜-它可以轻松地在每个测量周期中跟踪100个目标。一个缺点是相对粗糙的角分辨率。因此，雷达系统信号处理器通常会对他们发现的每个回波进行快速测试，以决定是来自单个目标还是必须分离的多个目标。分离过程需要使用更复杂的算法，例如Bartlett或MVDR（最小方差无失真响应）波束成形。

天线的有效接收横截面（孔径）越大，分辨目标角度的能力就越大。这就是为什么对车载雷达的MIMO（多进/多出）天线阵列领域产生浓厚兴趣的原因。仅具有四个接收通道和三个发射通道的MIMO阵列可以合成12个虚拟接收天线的阵列，天线孔径相应增加。

总而言之，汽车应用中的chi序列FMCW雷达通常可以在20至200 m的典型范围内将目标范围分辨为7至36。距离分辨率反过来取决于线性调频带宽。带宽可以是800 MHz，1 GHz或1.6 GHz。自动雷达通常可以将速度分辨在0.14至1.14 m / sec的范围内。

最后要注意的一点是，情况因素会极大地影响雷达性能。一个典型的例子是应用于保险杠的金属漆。油漆不仅覆盖了保险杠，还覆盖了用于停车的雷达天线。专家说，这种金属漆会使雷达的探测范围降低1.5到1.7。