毫米波技術(shù)是當(dāng)前熱門技術(shù)之一，缺乏毫米波，目前取得的諸多進(jìn)展將會停滯不前。對于毫米波應(yīng)用，大家所熟知的為5G毫米波、毫米波通信等。在本文中，將對雷達(dá)" target="_blank">毫米波雷達(dá)技術(shù)加以詳解，以增進(jìn)大家對毫米波應(yīng)用的了解。
超聲波雷達(dá)、紅外雷達(dá)、激光雷達(dá)都是通過對回波的檢測，與發(fā)射信號相比較，得到脈沖或相位的差值，從而計算出發(fā)射與接收信號的時間差。再分別對應(yīng)于超聲波、紅外線、激光在空氣中的傳播速度，計算出與障礙物的距離與相對速度。毫米波雷達(dá)與光學(xué)和紅外線雷達(dá)相比不受目標(biāo)物體形狀顏色的干擾，與超聲波相比不受大氣紊流的影響，因而具有穩(wěn)定的探測性能;環(huán)境適應(yīng)性好。受天氣和外界環(huán)境的變化的影響小，雨雪，灰塵，陽光都對其沒有干擾;多普勒頻移大，測量相對速度的精度提高。
基于多傳感信息融合的車輛主動防碰撞控制系統(tǒng)，就是根據(jù)多傳感器接收到的車輛前方目標(biāo)信息和本車的狀態(tài)信息，利用多源信息融合技術(shù)，識別出本車前方車輛的距離和速度等狀態(tài)信息，并進(jìn)行碰撞危險估計的。顯然，基于多傳感信息融合的車輛主動防碰撞控制系統(tǒng)是一種主動式的防撞、防抱死的汽車安全系統(tǒng)，它使反應(yīng)時間、距離、速度三個方面都能得到優(yōu)化控制，可減少駕駛員的負(fù)擔(dān)和判斷錯誤，對于提高交通安全性將起到重要作用，是實(shí)現(xiàn)汽車自動化駕駛的基礎(chǔ)。
在汽車防撞傳感器當(dāng)中，根據(jù)工作原理和工作過程不同，分為超聲波雷達(dá)、紅外雷達(dá)、激光雷達(dá)以及毫米波雷達(dá)。其中前三種雷達(dá)，都是通過對回波的檢測，與發(fā)射信號相比較，得到脈沖或相位的差值，從而計算出發(fā)射與接收信號的時間差。再分別對應(yīng)于超聲波、紅外線、激光在空氣中的傳播速度，計算出與障礙物的距離與相對速度。這三種采用聲光原理設(shè)計出的汽車防撞雷達(dá)雖結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，但容易受到惡劣氣象條件干擾，無法確保測距精度。毫米波雷達(dá)則顯示出它特有的優(yōu)點(diǎn)，與光學(xué)和紅外線雷達(dá)相比不受目標(biāo)物體形狀顏色的干擾，與超聲波相比不受大氣紊流的影響，因而具有穩(wěn)定的探測性能;環(huán)境適應(yīng)性好。受天氣和外界環(huán)境的變化的影響小，雨雪，灰塵，陽光都對其沒有干擾;多普勒頻移大，測量相對速度的精度提高。
下面我們就逐步介紹主流的傳感器技術(shù)，目前最受關(guān)注的傳感手段是運(yùn)用毫米波進(jìn)行測量的雷達(dá)系統(tǒng)。今天先介紹毫米波雷達(dá)技術(shù)。
雷達(dá)為利用無線電回波以探測目標(biāo)方向和距離的一種裝置。雷達(dá)為英文Radar一詞的譯音，該字詞是由Radio DetectionAnd Ranging一語的前綴縮寫而成，為無線電探向與測距的意思。全世界開始熟悉雷達(dá)是在1940年的不列顛空戰(zhàn)中，七百架載有雷達(dá)的英國戰(zhàn)斗機(jī)，擊敗兩千架來襲的德國轟炸機(jī)，因而改寫了歷史。二次大戰(zhàn)后，雷達(dá)開始有許多和平用途。在天氣預(yù)測方面，它能用來偵測暴風(fēng)雨;在飛機(jī)輪船航行安全方面，它可幫助領(lǐng)港人員及機(jī)場航管人員更有效地完成他們的任務(wù)。
毫米波，是工作在毫米波波段(millimeter wave)，工作頻率在 30～100GHz，波長在1～10mm之間的電磁波。毫米波的波長介于微波和厘米波之間，因此毫米波雷達(dá)兼有微波雷達(dá)和光電雷達(dá)的一些優(yōu)點(diǎn)。車用毫米波雷達(dá)主要包括24GHz和77GHz毫米波雷達(dá)。
同厘米波導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭具有體積小、質(zhì)量輕和空間分辨率高的特點(diǎn)。與紅外、激光、電視等光學(xué)導(dǎo)引頭相比，毫米波導(dǎo)引頭穿透霧、煙、灰塵的能力強(qiáng)，具有全天候(大雨天除外)全天時的特點(diǎn)。毫米波雷達(dá)可以全天候工作，不受天氣狀況的影響，而惡劣的氣候環(huán)境正是導(dǎo)致交通事故的主要原因之一。毫米波與光波相比，它們利用大氣窗口(毫米波與亞毫米波在大氣中傳播時，由于氣體分子諧振吸收所致的某些衰減為極小值的頻率)傳播時的衰減小，受自然光和熱輻射源影響小。
毫米波在雷達(dá)中應(yīng)用的主要限制有：雨、霧和濕雪等高潮濕環(huán)境的衰減，以及大功率器件和插損的影響會降低毫米波雷達(dá)的探測距離;樹叢穿透能力差，相比微波，對密樹叢穿透力低。
毫米波和大多數(shù)微波雷達(dá)一樣，有波束的概念，也就是發(fā)射出去的電磁波是一個錐狀的波束，而不像激光是一條線。這是因為這個波段的天線，主要以電磁輻射，而不是光粒子發(fā)射為主要方法。這一點(diǎn)，雷達(dá)和超聲是一樣，這個波束的方式，導(dǎo)致它優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)，可靠，因為反射面大，缺點(diǎn)，就是分辨力不高。毫米波雷達(dá)可以對目標(biāo)進(jìn)行有無檢測、測距、測速以及方位測量。
說起測距的原理，其實(shí)也簡單，都是基于TOF(Time OfFlight)原理。雷達(dá)工作原理與聲波的反射情形十分類似，差別只在于其所使用的波是一個頻率很高的無線電波，而非聲波。雷達(dá)的發(fā)射機(jī)相當(dāng)于發(fā)出喊叫聲的聲帶，可以發(fā)出類似喊叫聲的電脈沖(Pulse)，雷達(dá)的指向天線就好像喊話筒，使電脈沖的能量，能集中某一方向發(fā)射。接收機(jī)的作用則與人耳相仿，用以接收雷達(dá)發(fā)射機(jī)所發(fā)出電脈沖的回波。
毫米波雷達(dá)測速和普通雷達(dá)一樣，有兩種方式，一個基于多普勒效應(yīng)(Dopler Effect)原理。所謂多普勒效應(yīng)就是，當(dāng)聲音，光和無線電波等振動源與觀測者以相對速度V相對運(yùn)動時，觀測者所收到的振動頻率與振動源所發(fā)出的頻率有所不同。因為這一現(xiàn)象是奧地利科學(xué)家多普勒最早發(fā)現(xiàn)的，所以稱之為多普勒效應(yīng)。也就是說，當(dāng)發(fā)射的電磁波和被探測目標(biāo)有相對移動、回波的頻率會和發(fā)射波的頻率不同。
當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時，反射信號頻率將高于發(fā)射機(jī)頻率;反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時，反射信號頻率將低于發(fā)射機(jī)率。由多普勒效應(yīng)所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對速度V成正比，與振動的頻率成反比。如此，通過檢測這個頻率差，可以測得目標(biāo)相對于雷達(dá)的移動速度，也就是目標(biāo)與雷達(dá)的相對速度。根據(jù)發(fā)射脈沖和接收的時間差，可以測出目標(biāo)的距離。同時用頻率過濾方法檢測目標(biāo)的多普勒頻率譜線，濾除干擾雜波的譜線，可使雷達(dá)從強(qiáng)雜波中分辨出目標(biāo)信號。所以脈沖多普勒雷達(dá)比普通雷達(dá)的抗雜波干擾能力強(qiáng)，能探測出隱蔽在背景中的活動目標(biāo)。脈沖多普勒雷達(dá)于20世紀(jì)60年代研制成功并投入使用。
多普勒雷達(dá)就是利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行定位，測速，測距等工作的雷達(dá)。但是這種方法無法探測切向速度，第二種方法就是通過跟蹤位置，進(jìn)行微分得到速度。
對于車輛安全來說，最主要的判斷依據(jù)是兩車之間的相對距離和相對速度信息。高速行駛中的車輛如果距離過近，則容易造成追尾事故。因此，常用的防撞系統(tǒng)都將對車輛之間的相對距離的測量作為主要的檢測任務(wù)。
目前市面上的毫米波雷達(dá)有 24GHz，77GHz 兩種規(guī)格。其中，77GHz 毫米波雷達(dá)主要用在車的正前方，用于對中遠(yuǎn)距離物體的探測，24GHz 毫米波雷達(dá)一般被安裝在車側(cè)方和后方，用于盲點(diǎn)檢測，輔助停車系統(tǒng)等。
雷達(dá)的工作體制主要分為脈沖方式和連續(xù)波方式。連續(xù)波(ContinuousWave:CW)雷達(dá)是指發(fā)射連續(xù)波信號，主要用來測量目標(biāo)的速度。如需要同時測量目標(biāo)的距離，則需要對發(fā)射信號進(jìn)行調(diào)制，例如對連續(xù)波的正弦波信號進(jìn)行周期性的頻率調(diào)制。而脈沖雷達(dá)發(fā)射的波形是矩形脈沖，按一定的或者交錯的重復(fù)周期工作。
現(xiàn)代脈沖雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了，但是從原理上來講同時解決距離和速度測量的模糊問題是不可能的，這就需要采用多重復(fù)脈沖頻率(PRF)的方法來解決距離和速度模糊，因而不僅使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸率下降，而且不利于信噪比(SNR)的提高。而連續(xù)波雷達(dá)，例如用偽碼或者隨機(jī)碼0～π 調(diào)相的連續(xù)波雷達(dá)，則可以很好地解決脈沖雷達(dá)盲區(qū)的問題，且有良好的速度和距離分辨率。
同時在近程雷達(dá)系統(tǒng)或者次級雷達(dá)中，連續(xù)波雷達(dá)和脈沖雷達(dá)相比具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：特別是隨著當(dāng)今世界微波固態(tài)器件的發(fā)展，利用連續(xù)波雷達(dá)能使雷達(dá)更為簡單，其原因在于連續(xù)波雷達(dá)的發(fā)射機(jī)無需甚高壓，不會產(chǎn)生高壓打火，并且調(diào)制信號可以多樣化，這在相同體積和重量下有利于發(fā)射機(jī)的提高。這樣，連續(xù)波雷達(dá)可以做到體積小、重量輕、發(fā)射機(jī)容易實(shí)現(xiàn)而且饋線損耗也較低。
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