汽車雷達簡介與發展

汽車雷達作為駕駛員輔助系統的核心傳感器，用于檢測距離、速度等汽車行駛中的重要數據。汽車雷達分為三種雷達遠距離雷達（LRR）、中距離雷達（MRR）、近距離雷達（SRR）。其中遠距雷達用來實現自動巡航（ACC），中距離雷達用來實現側向來車報警和車道變道輔助，近距離雷達則是用來實現停車輔助、障礙和行人檢測。

目前車載雷達主要包括超聲波雷達、激光雷達、毫米波雷達

超聲波雷達

原理：超聲波雷達是利用傳感器内的超聲波發生器産生40kHz的超聲波，再由接收探頭接收經過障礙物反射回來的超聲波，根據超聲波接收的時間差來計算與障礙物之間的距離。

具體過程是超聲波發射器向外面某一個方向發射出超聲波信号，在發射超聲波時刻的同時開始進行計時，超聲波通過空氣進行傳播，傳播途中遇到障礙物就會立即返射傳播回來，超聲波接收器在收到反射波的時刻就立即停止計時。在空氣中超聲波的傳播速度是340m/s，計時器通過記錄時間t，就可以測算出從發射點到障礙物之間的距離長度（s），即：s＝340t/2。超聲波雷達成本較低，但探測距離相對較短，隻有幾米，這是因為超聲波的傳輸速度容易受天氣情況的影響，在不同的天氣情況下，超聲波的傳輸速度不同。并且超聲波傳播速度較慢，當汽車高速行駛時，使用超聲波測距無法跟上汽車的車距實時變化，誤差較大。另一方面，超聲波散射角大，方向性較差，在測量較遠距離的目标時，其回波信号會比較的弱，影響測量精度。但是，在短距離測量中，超聲波測距傳感器具有非常大的優勢。所以超聲波雷達通常用于泊車系統中，且超聲波雷達會受限天氣條件。

激光雷達

激光雷達通過向目标發射激光束，将接收到的從目标反射回來的信号與發射信号進行比較，作适當處理後獲得目标的有關信息，如目标距離、方位、高度、速度、姿态、甚至形狀等參數，從而實現對目标的探測、跟蹤和識别。從本質上說激光雷達和毫米波雷達都是利用回波成像來構顯被探測物體的，就相當于人類用雙眼探知而蝙蝠是依靠超聲波探知的區别。激光雷達具有分辨率高、精度高、抗有源幹擾能力強等優點，通常其測距精度可達幾個厘米。主要應用于無人駕駛系統但激光雷達會比較容易受到自然光或是熱輻射的影響，在自然光強烈或是輻射區域的時候，激光雷達将會被消弱很多而且激光雷達的造價成本高，對工藝水平要求也比較高。

毫米波雷達

毫米波雷達是指工作在毫米波波段的雷達，其實就是電磁波，其頻率範圍在30GHz-300GHz之間，波長從1cm到1mm，這是一個非常适合車載領域的頻段。目前常用于車載領域的毫米波雷達頻段有三種。

24-24.25GHz：這種頻段目前大量應用于汽車的盲點監測、變道輔助。雷達安裝在車輛的後保險杠内，用于監測車輛後方兩側的車道是否有車、可否進行變道。這個頻段也有其缺點，首先是頻率比較低，另外就是帶寬（Bandwidth）比較窄，隻有250MHz。

77GHz：這個頻段的頻率比較高，國際上允許的帶寬高達800MHz。據介紹，這個頻段的雷達性能要好于24GHz的雷達，所以主要用來裝配在車輛的前保險杠上，探測與前車的距離以及前車的速度，實現的主要是緊急制動、自動跟車等主動安全領域的功能。

79GHz-81GHz：這個頻段最大的特點就是其帶寬非常寬，要比77GHz的高出3倍以上，這也使其具備非常高的分辨率，可以達到5cm。

下面将舉例介紹77GHz汽車雷達的基本工作原理。

77GHz汽車防撞雷達釆用調頻連續波（FMCW）雷達進行距離測量。調頻連續波雷達的發展曆史久遠，具有設備相對容易實現、技術相對成熟、測距和測速精度相對較高的優點。

圖1為鋸齒波調頻信号的時頻曲線，圖中實線為發射信号的時頻變化曲線，虛線為接收信号的時頻變化曲線。

圖1

其中f0為調制信号的起始頻率，B為調頻信号的帶寬，T為調頻信号的周期，

為時間上接收信号相對于發射信号的變化，

為頻率上接收信号相對于發射信号的變化。則有

（1-1）

其中μ為調制斜率

根據公式（1-1）可以推出：

（1-2）

FMCW雷達測距原理：

在雷達系統中發射機産生的發射信号經目标反射回來後，接收機所接受到的反射信号相對于發射信号存在一定的時延，同時時延可以根據測量目标距離R推算出，即

（1-3）

其中c為光速

根據公式（1-2）可以推出：

（1-4）

根據接收信号和發射信号間的差頻，就可以計算出目标的距離Ｒ。在雷達系統中，隻需要對混頻後獲得的差頻信号進行FFT變換，即可獲得差頻，從而計算出目标距離。

FMCW雷達測速原理：

假設采用鋸齒波調頻的汽車防撞雷達與被測目标物體間的初始距離為R1。經過一定的掃頻周期，其間時間差為，與被測目标物體間的距離變為R2，表示距離變化。相對速度v可以表示如下:

(1-5)

根據公式（1-4）可以推出：

(1-6)

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