汽车雷达-综述
目录
1、简介
汽车雷达作为驾驶员辅助系统的核心传感器(检测距离、速度)；远距离雷达（LRR）是用来实现自动巡航（ACC），中距离雷达（MRR）用来实现侧向来车报警和车道变道辅助，近距离雷达（SRR）则是用来实现停车辅助、障碍和行人检测。
谈到其他的传感器技术能力，雷达最强悍的还是它能够在严酷的环境中工作（光线不好，环境较差，极端的温度）；雷达需要有多个通道才能够支持角度测量；与其他机载传感器进行数字领域的数据融合；
2、发展史
- 最开始试图使用毫米波汽车雷达是在上世纪70年代（但是整体来说是不太合适的，因为大尺寸和昂贵的成本）；
- 1989~1999开始发展第一代汽车雷达（Daimler, Toyota）；
- 上一代基于180/130nm的SiGe芯片组和先进的封装集成天线达到商用要求（博世）；
- 高的频率能够使雷达更加轻便小巧，更加集成化，将减少组装和测试成本，从而大大降低了成本；
- 市场将以每年40%的速度扩张，预计明年所有高档/中型车都将配备雷达(全球7%的汽车，主要在欧洲、日本和美国销售，将配备雷达)
3、技术参数
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参数 |
LRR |
MRR |
SRR |
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最大发射功率（EIRP） |
55dBm |
-9dBm/MHz |
-9dBm/MHz |
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频率范围 |
76-77GHz |
77-81GHz |
77-81GHz |
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带宽 |
600MHz |
600MHz |
4GHz |
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探测距离范围Rmin~Rmax |
10~250m |
1~100m |
0.15~30m |
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距离分辨率ΔR |
0.5m |
0.5m |
0.1m |
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测距精度δR |
0.1m |
0.1m |
0.02m |
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速度分辨Δv |
0.6m/s |
0.6m/s |
0.6m/s |
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测速精度δv |
0.1m/s |
0.1m/s |
0.1m/s |
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测角精度δψ |
0.1° |
0.5° |
1° |
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方位波束宽度（3dB带宽）±ψmax |
±15° |
±40° |
±80° |
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俯仰波束宽度（3dB带宽）±θmax |
±5° |
±5° |
±10° |
4、采用SIGe毫米波T/R组件
- 博世基于英飞凌的SIGe的芯片模组可以在市场上买到；
- 2块PCB板；
- 线性调频连续波；
- LRR的输出功率是7dBm，有四个通道（2 RX和2TX），介电层天线提供了长达250m的高接收增益；
- 可选的版本，PCB或芯片集成天线
5、汽车雷达中主要的信号处理单元
主要的信号处理包括：距离估计，多普勒频率估计、DOA（Direction of arrival）谱估计，目标跟踪。
5.1、远程雷达
远程雷达的观测范围如下图所示。
远程雷达的主要参数：
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参数 |
参考值 |
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中心频率 |
24GHz/77GHz |
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扫描带宽 |
150MHz |
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速度分辨率 |
Δvr=2.25km/h |
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最大无模糊速度 |
Vmax=250km/h |
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距离分辨率 |
ΔR=1m |
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最大探测距离 |
Rmax=200m |
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处理时间 |
TCPI=10ms |
功能：自动巡航（ACC），碰撞报警；
5.1.1、总体框图
一些特殊的波形必须同时满足距离和径向速度测量。有以下几种波形：
-
Pulse Doppler（脉冲多普勒）；
-
三角、锯齿调频连续波；
-
频移键控（FSK）连续波；
-
MFSK连续波；
下面给出一个单通道三角调频连续波雷达的框图：
5.1.2、FFT
应用于每段（chrip信号的上调频和下调频），频率和距离估计精度取决于FFT的点数，典型的点数值是128~4096点；
5.1.3、DOA估计
5.1.3.1 和差测角
和差测角需要有两个波束指向不同的方向，和波束和差波束都将会被用上。其原理框图形式如下图所示。
根据公式α=Σ/Δ ，Σ为和波束，Δ为差波束 ，根据下图可以得到和波束和差波束的比值α， 就可以得到值对应的角度。
5.1.3.2、顺序波瓣法
顺序波瓣法通过选通对应的波束指向，根据目标在每个波束中返回的电平信息，来获得目标的角度信息。
5.1.3.3、相位法测角
如下图所示，因为目标与雷达天线之间的角度为θ，所以目标到天线1的时间与到天线2的时间相差了τ；τ与ΔR之间又存在对应的关系；最后通过相位检波的方法求出相位差φ，即可求得目标与雷达天线之间的夹角θ。
5.1.4 目标跟踪-线性卡尔曼滤波
跟踪的流程图如下图所示。