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毫米波的應用

毫米波(mmWave)嚴格意義上是指波長在1到10毫米之間、頻率范圍是30GHz-300GHz的電磁波。

一般而言，毫米波的界定并不十分確切，通常認為毫米波頻率范圍為24-300GHz。

毫米波技術(shù)在通信、雷達、制導、遙感技術(shù)、射電天文學、臨床醫(yī)學和波譜學等領(lǐng)域都有應用。

雷達的發(fā)展歷程

世界上第一部實用化的雷達就是由那位發(fā)明蒸氣機的詹姆斯·瓦特的后代、英國科學家羅伯特·沃森·瓦特爵士1936年研制成功。

第二次世界大戰(zhàn)期間，納粹德國在損失飛機1977架、飛行員2585人的情況下，仍無法取得英吉利海峽的制空權(quán)優(yōu)勢，更無法借由空襲瓦解英國的地面和海軍戰(zhàn)力，不得不放棄入侵英國的“海獅計劃”，德國戰(zhàn)車的進攻、贏得不列顛空戰(zhàn)，除了“噴火”和“颶風”這樣的明星戰(zhàn)機發(fā)揮巨大作用外，還有一個幕后大功臣—被稱為“本土鏈”(ChainHome)的對空雷達。

為盡可能早的對納粹飛機進行預警，1936年5月英國空軍決定在本土大規(guī)模部署這種雷達，也就是“本土鏈”雷達的雛形，到1939年初，共有20個雷達站投入使用。在納粹德國“海獅計劃”實施前，英國已建成了2道雷達探測網(wǎng)，共51座雷達站。這些雷達為抵御德國空軍的空襲做出了重要貢獻，從此開啟了后續(xù)毫米波雷達在各個領(lǐng)域廣泛應用的八十年。

車載雷達的產(chǎn)生

80年代初期，美國著名大學、研究機構(gòu)以及幾百家企業(yè)逐步開始投入毫米波雷技術(shù)研究，毫米波雷達技術(shù)進入高速發(fā)展期。80年代中期，歐洲制定“高效和空前安全的歐洲交通計劃”(Program for European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedented afety : PROME THEUS)，全面指導和引發(fā)了歐洲、日本等汽車大國的雷達技術(shù)研究和發(fā)展。

1995年，三菱汽車在Diamante上面首次使用了“車前距離控制”系統(tǒng)(Preview Distance Control)，不過這套系統(tǒng)只能算是自適應巡航的早期版本，因為它只是通過控制油門以及降擋來降低車速，自身并不會干預剎車。1999年，奔馳在S級(W220)上面首次應用了真正的自適應巡航系統(tǒng)，叫做Distronic(限距控制系統(tǒng))。

車載毫米波雷達的分類

常見的車載毫米波雷達可根據(jù)工作頻段分為24GHz、60GHz、77GHz毫米波雷達。準確來說24GHz雷達應該劃分為厘米波雷達。

24GHz

近距雷達，成本低，尺寸大，探測精度較差。因此在駕駛輔助功能發(fā)展的前期被廣泛應用，主要用在換道輔助，盲區(qū)檢測等功能上。

60GHz

遠距雷達，成本較高，尺寸小，探測精度較高，約為24GHz雷達的3倍。但隨著芯片成本的市場化，成本也得到了有效的降低，前期主要應用在前向行車功能(ACC等)中，目前已逐步取代24GHz雷達。

77GHz

活體檢測雷達，成本較高，尺寸小，探測精度較高。主要應用在車內(nèi)后排活體檢測、心跳檢測等。

車載雷達的工作原理

雷達系統(tǒng)發(fā)射的電磁波信號被其發(fā)射路徑上的物體阻擋繼而會發(fā)生反射。通過捕捉反射的信號，雷達系統(tǒng)可以確定物體的距離、速度和角度。

目前主流市場應用的多為FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)毫米波雷達。

FMCW雷達系統(tǒng)所用信號的頻率隨時間變化呈線性升高。這種類型的信號也稱為線性調(diào)頻脈沖。

FMCW雷達系統(tǒng)發(fā)射線性調(diào)頻脈沖信號，并捕捉其發(fā)射路徑中的物體反射的信號。圖所示為FMCW雷達主射頻組件的簡化框圖。該雷達的工作原理如下:

合成器生成一個線性調(diào)頻脈沖。

該線性調(diào)頻脈沖由發(fā)射天線(TX天線)發(fā)射。

物體對該線性調(diào)頻脈沖的反射生成一個由接收天線(RX天線）捕捉的反射線性調(diào)頻脈沖。

“混頻器”將RX和TX信號合并到一起，生成一個中頻(IF)信號。混頻器是一個電子組件，將兩個信號合并到一起生成一個具有新頻率的信號。

汽車毫米雷達波的安裝

毫米波雷達一般安裝在車輛的四角保杠以及前牌照板下方，或者前中網(wǎng)附近，毫米波可以穿透TPO(PP+EPDM)塑料的前后保來實現(xiàn)探測，有隱藏式的，也有開放式的。

汽車毫米波雷達的功能

車載毫米波雷達產(chǎn)品包括前視中距毫米波雷達(MRR)、側(cè)視近距毫米波雷達(SRR）和車內(nèi)人員檢測毫米波雷達(VODR) 。

MRR安裝于車身正前方，能夠?qū)δ繕藚^(qū)域內(nèi)的障礙物進行檢測與參數(shù)測量、跟蹤以及目標類型識別，可用于支撐L2及L2以上級別自動駕駛系統(tǒng)的FCW（前向碰撞預警）、AEB（主動緊急制動）、ACC等功能。

SRR安裝于車身四角，能夠?qū)δ繕藚^(qū)域內(nèi)的障礙物進行檢測與參數(shù)測量、跟蹤以及目標類型識別，主要用于支撐L2及L2以上級別自動駕駛系統(tǒng)的BSD（盲點監(jiān)測）、LCDA（換道輔助）、RCTA（后方橫向來車預警）、RCW（后防撞預警）、DOW（開門防撞預警）、FCTA（前方橫向來車碰撞預警）等功能。

VODR安裝于車內(nèi)B柱頂端或后視鏡下方，目的在于當駕駛?cè)藛T離開并鎖車后，能夠?qū)噧?nèi)環(huán)境進行自動檢測，若檢測出車內(nèi)有人員遺留可以通過聲光報警或遠程報警等方式及時發(fā)出警告以提示車主。

4D毫米波雷達

4D成像毫米波雷達的概念最早在2015年被提出。為什么叫4D ？傳統(tǒng)雷達可以測距、測速、測角，但不能測高。4D成像雷達具備測高功能。能夠提供目標的高度信息。

4D成像雷達具備更高的角度分辨率、更遠的探測距離、更強的成像能力、更高的俯仰分辨能力、更強的目標分類能力，可以更好的實現(xiàn)多目標跟蹤、弱勢群體檢測、360°環(huán)境感知、輔助高清地圖構(gòu)建等功能。