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自动驾驶“三驾马车”之毫米波雷达，原理其实蛮简单

激光雷达、毫米波雷达、摄像头 ， 被称为自动驾驶传感系统的“三驾马车” 。 激光雷达很贵 ， 摄像头有先天缺陷 ， 但毫米波雷达却是所有高级别自动驾驶ADAS不可或缺的标配 ， 本文从科普角度为读者介绍毫米波雷达 。
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什么是毫米波
毫米波 ， 英文名称为MillimeterWave ， 缩写为MMW ， 波长为1～10毫米 ， 频率为30~300GHz的电磁波 。
毫米波的频率介于微波和红外线之间 ， 因此兼有这两种波谱的优点 ， 同时具有自己的特性：
①与微波相比 ， 具有体积小、质量轻和分辨率高的优点；
②与红外、激光相比 ， 穿透烟、雾、灰尘能力强 ， 传输距离远 ， 具有全天候全天时的特点；
③性能稳定 ， 不受目标物体形状和颜色的干扰
因此 ， 毫米波雷达很好弥补了红外、激光、摄像头等其他传感器在车载应用中所不具备的使用场景 。
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毫米波频段之争
大气层中的水汽、氧气等会对电磁波有吸收作用 ， 针对于毫米波的应用主要集中在“大气窗口”和“衰减峰”频率上 。
“大气窗口”是指毫米波通过大气层时 ， 衰减比较小、透射率高的波段 ， 主要集中在35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz五个频段附近 。
“衰减峰”指的是毫米波衰减出现极大值的波段 ， 集中在60GHz、120GHz、180GHz三个频段附近 。
“大气窗口”频段适用于点对点通信 ， 目前已被低空空地导弹和地基雷达采用 ， 而“衰减峰”频段多被一些隐蔽网络所选用 ， 以满足网络安全的要求 。
因此 ， 车载毫米波雷达主要集中在24GHz和77GHz这2个频段 。
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其中 ， 24GHz的波长是1.25cm ， 严格意义来讲 ， 它应该被称为厘米波 。 24GHz是最早被划分出来作为民用的频段 ， 也是汽车最早就一直使用的频段雷达 。
77GHz的波长是3.9mm ， 是真正意义上的毫米波 。 由于天线尺寸随着载波频率上升而变小 ， 所以77GHz波段的毫米波雷达系统尺寸也会比24GHz更紧凑 。
?77GHz毫米波雷达正逐步取代24GHz ， 成为汽车领域主流的传感器 。
工作原理及组成
毫米波雷达工作原理与激光雷达和摄像头类似 ， 通过天线向外发射毫米波 ， 并接收目标反射信号 ， 通过对信号进行对比和处理 ， 最终完成对目标的分类识别 。
毫米波雷达主要由收发天线、前端收发组件、信号处理器及算法三个部分组成 。
①天线
主要用于发射和接收毫米波 ， 由于毫米波波长只有几个毫米 ， 而天线长度为波长1/4时 ， 天线的发射和接收转换效率最高 ， 因此天线尺寸可以做的很小 ， 同时还可以使用多根天线来构成阵列 。
目前主流天线方案是采用微带阵列 ， 即在印刷电路PCB板上 ， 铺上微带线 ， 形成“微带贴片天线” ， 以满足低成本和小体积的需求 。
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②前端收发组件MMIC
是毫米波雷达的核心部分 ， 主要负责毫米波信号的调制、发射、接收以及回波信号的解调 。
收发组件包含了放大器、振荡器、开关、混频器等多个电子元器件 ， 常采用单片微波集成电路（MonolithicMicrowaveIntegratedCircuit ， MMIC） 。 MMIC ， 属于半导体集成电路的一种技术 ， 能降低系统尺寸、功率和成本 ， 还能嵌入更多的功能 。
③信号处理器以及算法
通过芯片嵌入不同的算法 ， 对信号进行处理 ， 实现对探测目标的分类识别 。
下图为某毫米波雷达的实物拆解图 ， 其中微带贴片天线和前端收发组件MMIC为核心部件 ， 信号处理器集成在了前端收发组件上 。
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主要作用
为了满足不同距离范围的探测需要 ， 一辆汽车上会安装多颗短程（SRR）、中程（MRR）和长程（LRR）毫米波雷达 。
其中24GHz雷达主要实现近程（ShortRangeRadar）和中程探测（MiddleRangeRadar） ， 可用于汽车盲点监测、车道偏离预警、泊车辅助等功能 。
而77GHz雷达主要实现远程探测（LongRangeRadar） ， 可用于自动紧急制动、自适应巡航、前向碰撞预警等主动安全领域的功能 。
下图为奔驰S搭载6个毫米波雷达 ， 包括5个短程雷达和1个长程雷达 ， 分别安装在汽车不同部位 ， 以实现泊车辅助、主动巡航控制、制动辅助等功能 。
自动驾驶“三驾马车”之毫米波雷达，原理其实蛮简单
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【自动驾驶“三驾马车”之毫米波雷达，原理其实蛮简单】目前毫米波雷达技术主要由大陆、博士、电装、奥托立夫等国外汽车零部件巨头所垄断 ， 特别是77GHz毫米波雷达 。


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