在上一篇《淺談毫米波雷達(dá)系統(tǒng)和發(fā)展趨勢(shì)》文中，麥姆斯咨詢(xún)認(rèn)為毫米波雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是朝著體積更小、功耗更低、集成度更高和多傳感器融合方向發(fā)展。毫米波雷達(dá)目前最大的“缺陷”就是“視力”不足，無(wú)法辨識(shí)行人和對(duì)周?chē)系K物進(jìn)行精準(zhǔn)的建模，而“視覺(jué)”是實(shí)現(xiàn)高級(jí)自動(dòng)駕駛最重要的環(huán)境感知。所以，為了幫毫米波雷達(dá)實(shí)現(xiàn)“視覺(jué)”功能，現(xiàn)在主流的做法是采用取長(zhǎng)補(bǔ)短的方式，將毫米波雷達(dá)與其他“視覺(jué)”傳感器（攝像頭或激光雷達(dá)）技術(shù)融合。不過(guò)無(wú)論是攝像頭，還是激光雷達(dá)都容易受光線或惡劣天氣影響，性能會(huì)降低甚至失效，這種“視力”是有條件限制的。于是，很多新興企業(yè)在探索創(chuàng)新的毫米波雷達(dá)成像技術(shù)，意圖讓雷達(dá)自己“開(kāi)眼”。

要想雷達(dá)成像，最核心的方向是提高雷達(dá)的分辨率。傳統(tǒng)的提高雷達(dá)分辨率方法中，增加帶寬是一種方式，當(dāng)前77GHz（頻段76~77GHz）帶寬在1GHz，而79GHz（頻段76~81GHz）帶寬可高達(dá)5GHz，顯然79GHz在分辨率上會(huì)更勝一籌而成為未來(lái)雷達(dá)成像主要的選擇。當(dāng)然帶寬有固定限制，還有一種方法就是擴(kuò)展天線的尺寸或者增加天線的數(shù)量。在車(chē)載毫米波雷達(dá)領(lǐng)域，囿于主機(jī)廠對(duì)毫米波雷達(dá)整體尺寸的車(chē)規(guī)級(jí)限制，這里的發(fā)揮空間并不大。所以，需要突破常規(guī)另辟蹊徑，目前比較熱門(mén)的方法有：合成孔徑雷達(dá)（SAR）、多輸入多輸出技術(shù)（MIMO）、超材料天線技術(shù)等。目前，部分技術(shù)已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，智能雷達(dá)的圖像分辨率已經(jīng)迫近現(xiàn)有光學(xué)分辨率。下面我們概述這些雷達(dá)成像技術(shù)。

合成孔徑雷達(dá)（SAR）

合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，簡(jiǎn)稱(chēng)SAR），是一種利用合成孔徑技術(shù)及脈沖壓縮等信號(hào)處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)高分辨率成像的雷達(dá)。SAR利用雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，把尺寸較小的真實(shí)天線孔徑用數(shù)據(jù)處理的方法合成一個(gè)較大的等效天線孔徑，故稱(chēng)“合成孔徑”雷達(dá)。SAR具有體積小、全天時(shí)、全天候、高分辨、大幅寬等多種特點(diǎn)。最初主要是機(jī)載、星載平臺(tái)，隨著技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了彈載、地基、無(wú)人機(jī)、臨近空間平臺(tái)、手持式設(shè)備、車(chē)載等多種形式平臺(tái)搭載的SAR，廣泛用于軍事和民用領(lǐng)域。

高分辨率在這里包含著兩方面的含義：即高的方位向分辨率和足夠高的距離向分辨率。它采用多普勒頻移理論和雷達(dá)相干理論為基礎(chǔ)的合成孔徑技術(shù)來(lái)提高雷達(dá)的方位向分辨率；而距離向分辨率的提高則通過(guò)脈沖壓縮技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其基本原理如下（圖1）：

圖1 SAR基本原理

（1）合成孔徑技術(shù)實(shí)現(xiàn)方位向高分辨率

SAR利用機(jī)載平臺(tái)帶動(dòng)天線運(yùn)動(dòng)，如圖2，在不同位置上以脈沖重復(fù)頻率（PRF）發(fā)射和接收信號(hào)，并把一系列回波信號(hào)存儲(chǔ)記錄下來(lái)，然后作相干處理，就如同在所經(jīng)過(guò)的一系列位置上，都有一個(gè)天線單元在同時(shí)發(fā)射和接收信號(hào)一樣，這樣就在平臺(tái)所經(jīng)過(guò)的路程上形成一個(gè)大尺寸的陣列天線，從而獲得很窄的波束。如果脈沖重復(fù)頻率達(dá)到一定程度（足夠高），以致相鄰的天線單元間首尾相接，則可看作形成了連續(xù)孔徑天線。誠(chéng)然這個(gè)大孔徑天線要靠信號(hào)處理的方法合成。這也是“合成孔徑”名字的原由。

圖2 SAR示意圖

根據(jù)SAR方位向分辨率的公式（見(jiàn)圖1公式4），我們可以得知SAR的分辨率與波長(zhǎng)和目標(biāo)與天線的距離無(wú)關(guān)，而只與雷達(dá)的實(shí)際孔徑尺寸有關(guān)，而且天線尺寸越小，方位向分辨率越高，這與普通雷達(dá)的方位分辨率恰恰相反，從而大大的減小了雷達(dá)的體積，對(duì)頻率特定和空間有限的車(chē)載平臺(tái)而言是再合適不過(guò)了。

（2）脈沖壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)距離向高分辨率

雷達(dá)距離向分辨率由雷達(dá)的帶寬決定（見(jiàn)圖1公式3），要想提高雷達(dá)的距離分辨率，則可減小脈寬或加大寬帶，但如果脈寬太小則平均功率太小，雷達(dá)的作用距離會(huì)受到很大的限制，所以我們希望雷達(dá)波形既具有較大的帶寬，又具有較長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間。如果在一個(gè)帶寬信號(hào)的各頻譜分量上附加一個(gè)隨頻率作非線性變化的相位值，此寬帶信號(hào)將具有很長(zhǎng)的持續(xù)時(shí)間，以滿(mǎn)足前述要求。這種附加的非線性相位的過(guò)程稱(chēng)為信號(hào)的展寬過(guò)程，將展寬后的信號(hào)通過(guò)匹配濾波器，校正非線性相位使之同相，在匹配濾波器輸出端將得到窄脈沖型號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為脈沖壓縮。最早加以研究并獲得使用的脈沖壓縮信號(hào)就是線性調(diào)頻信號(hào)，線性調(diào)頻信號(hào)具有平方律的相位頻率關(guān)系，經(jīng)過(guò)匹配濾波器的壓縮，可以輸出窄脈沖?？傊捎妹}沖壓縮波形，相對(duì)于原來(lái)的寬脈沖而言，由于通過(guò)匹配濾波器的壓縮，大大的改善了雷達(dá)的距離分辨率。

多輸入多輸技術(shù)（MIMO）

多輸入多輸出技術(shù)（Multiple-Input Multiple-Output，簡(jiǎn)稱(chēng)MIMO），是指在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，使信號(hào)通過(guò)發(fā)射端與接收端的多個(gè)天線傳送和接收，在不增加頻譜資源和天線發(fā)射功率的情況下，可以成倍的提高系統(tǒng)信道容量。

與SAR思想不同，MIMO雷達(dá)是利用多發(fā)多收的天線結(jié)構(gòu)等效形成虛擬的大孔徑陣列，以獲得方位向的高分辨力。而這種虛擬陣的形成是實(shí)時(shí)的，能夠避免傳統(tǒng)的SAR成像中存在的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償問(wèn)題。故MIMO雷達(dá)在成像應(yīng)用上有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

審核編輯：符乾江