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技術(shù)文章
在當今快速發(fā)展的自動駕駛技術(shù)領(lǐng)域，傳感器的作用日益凸顯，它們是實現(xiàn)車輛環(huán)境感知的基石。其中，毫米波雷達因其優(yōu)勢，已成為自動駕駛傳感器套件中重要的一部分。這種雷達不僅能夠在各種惡劣的天氣條件下穩(wěn)定工作，還能提供精確的距離和速度信息，這對于車輛的安全導航至關(guān)重要。
RADAR(RAdio Dectecting And Ranging)是指利用毫米波信號（30-300GHz）來探測和測量目標的雷達系統(tǒng)，其中毫米波是微波的一個子頻段。在汽車領(lǐng)域，使用的毫米波雷達主要在24GHz，77GHz和79GHz三個頻段，如圖1所示。
圖1 毫米波雷達頻段
我們知道隨著毫米波雷達工作頻率越高，波長就越短，分辨率就越高。因此，與24GHz雷達相比，工作頻率在76-81GHz的毫米波雷達，物體分辨準確度，測速和測距精確度都會進一步提高，能檢測行人和自行車，且設(shè)備體積更小，更便于在車輛上安裝和部署。
按照探測距離，毫米波雷達可分為短程（SRR），中程（MRR）和遠程（LRR）雷達，如圖2所示。
圖2 短、中、遠程雷達
為了在車端更好的采集車輛周圍信息，通常將毫米波雷達安裝在車輛正前方和四周，即角雷達和前向雷達。主要實現(xiàn)BSD、LCA等L0自動駕駛功能，以及在ACC等L1~L2自動駕駛功能中實現(xiàn)重要的目標感知。如圖3所示。
圖3 角雷達與前向雷達
進一步來說，通過三種探測距離的雷達不同程度組合，可以承擔著不同的ADAS功能，如表1所示：
表1 ADAS功能與雷達配置
毫米波雷達通過天線發(fā)射特定波形的電磁波，并接收目標反射的電磁波，通過信號處理計算出目標的位置、移動速度和方位等信息。毫米波雷達主要由天線、射頻（RF）組件和數(shù)字信號處理模塊組成，如下圖4所示。
圖4 毫米波雷達組成（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
從技術(shù)角度來看，F(xiàn)MCW（Frequency Modulated Continuous Wave ）調(diào)頻連續(xù)波雷達是現(xiàn)在的主流方案。相對于其他的波形調(diào)制技術(shù)而言，F(xiàn)MCW 可進行多目標探測，距離與速度探測，并可對目標進行連續(xù)追蹤，系統(tǒng)敏感性高且誤報率低。FMCW發(fā)送的是頻率隨時間變化的波形，通常是線性變化的，如圖5所示。
圖5 FMCW波形（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
通過上述分析，毫米波雷達工作流程如下，如圖6所示：
圖6 毫米波雷達工作流程（圖片來源于網(wǎng)絡(luò)）
1. 首先射頻發(fā)射器TX產(chǎn)生電磁波信號并且將之發(fā)射，信號到達目標物體；
2. 物體反射或者散射信號形成回波信號，接收器RX接收回波信號；
3. 混頻器將回波信號與原始信號混合，經(jīng)過濾波器進行濾波，得到中頻IF信號（實際是雷達發(fā)射信號與回波信號的頻率差，包含有物體的位置、速度等信息）；
4. 中頻信號輸入到處理后端進行調(diào)制解調(diào)、FFT（FastFourierTransform，快速傅里葉變換）等算法處理，提取目標信息(Point cloud)并進行分析，實現(xiàn)目標檢測、距離測量、速度測量、方位估計；
5. 最終將結(jié)果輸出以進行后續(xù)感知處理。
在3D毫米波雷達的應(yīng)用中，主要收集的數(shù)據(jù)涵蓋了物體的X、Y坐標和速度（v），然而，這種技術(shù)在獲取目標高度信息方面存在局限。例如，在橋洞和前車同處一距離時，由于缺少高度信息，可能導致誤判，從而引發(fā)不必要的緊急制動。此外，它在識別靜止目標、判斷物體高度或區(qū)分相鄰障礙物時也面臨挑戰(zhàn)。
隨著技術(shù)的快熟發(fā)展，新一代的4D毫米波雷達通過增加對物體俯仰角度的測量，有效地彌補了這一缺陷，實現(xiàn)了對物體高度的識別。
所謂“4D"，是指這種雷達能夠測量目標的距離、水平方位、速度以及高度四個維度的信息。4D毫米波雷達不僅繼承了傳統(tǒng)毫米波雷達在各種天氣和光照條件下穩(wěn)定工作的能力，以及能夠探測到被遮擋物體的優(yōu)勢，還在測量精度和分辨率上實現(xiàn)了顯著提升。
它能夠識別更小的物體、靜止物體，甚至是空中的障礙物。這種雷達對復雜道路環(huán)境的適應(yīng)性更強，這得益于其配備的縱向天線和采用的MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)，這些技術(shù)共同作用，形成了虛擬的孔徑陣列，從而提高了對角度、速度和距離的分辨率。
隨著技術(shù)的不斷進步，毫米波雷達正朝著更高分辨率、更低成本和更強的集成能力的方向發(fā)展，特別是在4D成像技術(shù)的應(yīng)用上，它通過增加對物體高度的測量能力，顯著提升了對復雜交通環(huán)境的感知和理解。
在自動駕駛領(lǐng)域，毫米波雷達以其全天候的工作能力、遠距離探測性能、高精度測量以及物體識別與分類的能力，成為了實現(xiàn)安全、可靠自動駕駛的關(guān)鍵傳感器技術(shù)。隨著成本的降低和性能的提升，毫米波雷達不僅能夠作為其他傳感器的有力補充，還能為未來的智能出行提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。
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