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毫米波的應(yīng)用

毫米波(mmWave)嚴(yán)格意義上是指波長(zhǎng)在1到10毫米之間、頻率范圍是30GHz-300GHz的電磁波。

一般而言，毫米波的界定并不十分確切，通常認(rèn)為毫米波頻率范圍為24-300GHz。

毫米波技術(shù)在通信、雷達(dá)、制導(dǎo)、遙感技術(shù)、射電天文學(xué)、臨床醫(yī)學(xué)和波譜學(xué)等領(lǐng)域都有應(yīng)用。

雷達(dá)的發(fā)展歷程

世界上第一部實(shí)用化的雷達(dá)就是由那位發(fā)明蒸氣機(jī)的詹姆斯·瓦特的后代、英國(guó)科學(xué)家羅伯特·沃森·瓦特爵士1936年研制成功。

第二次世界大戰(zhàn)期間，納粹德國(guó)在損失飛機(jī)1977架、飛行員2585人的情況下，仍無(wú)法取得英吉利海峽的制空權(quán)優(yōu)勢(shì)，更無(wú)法借由空襲瓦解英國(guó)的地面和海軍戰(zhàn)力，不得不放棄入侵英國(guó)的“海獅計(jì)劃”，德國(guó)戰(zhàn)車的進(jìn)攻、贏得不列顛空戰(zhàn)，除了“噴火”和“颶風(fēng)”這樣的明星戰(zhàn)機(jī)發(fā)揮巨大作用外，還有一個(gè)幕后大功臣—被稱為“本土鏈”(ChainHome)的對(duì)空雷達(dá)。

為盡可能早的對(duì)納粹飛機(jī)進(jìn)行預(yù)警，1936年5月英國(guó)空軍決定在本土大規(guī)模部署這種雷達(dá)，也就是“本土鏈”雷達(dá)的雛形，到1939年初，共有20個(gè)雷達(dá)站投入使用。在納粹德國(guó)“海獅計(jì)劃”實(shí)施前，英國(guó)已建成了2道雷達(dá)探測(cè)網(wǎng)，共51座雷達(dá)站。這些雷達(dá)為抵御德國(guó)空軍的空襲做出了重要貢獻(xiàn)，從此開啟了后續(xù)毫米波雷達(dá)在各個(gè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的八十年。

車載雷達(dá)的產(chǎn)生

80年代初期，美國(guó)著名大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)以及幾百家企業(yè)逐步開始投入毫米波雷技術(shù)研究，毫米波雷達(dá)技術(shù)進(jìn)入高速發(fā)展期。80年代中期，歐洲制定“高效和空前安全的歐洲交通計(jì)劃”(Program for European Traffic with Highest Efficiency and Unprecedented afety : PROME THEUS)，全面指導(dǎo)和引發(fā)了歐洲、日本等汽車大國(guó)的雷達(dá)技術(shù)研究和發(fā)展。

1995年，三菱汽車在Diamante上面首次使用了“車前距離控制”系統(tǒng)(Preview Distance Control)，不過(guò)這套系統(tǒng)只能算是自適應(yīng)巡航的早期版本，因?yàn)樗皇峭ㄟ^(guò)控制油門以及降擋來(lái)降低車速，自身并不會(huì)干預(yù)剎車。1999年，奔馳在S級(jí)(W220)上面首次應(yīng)用了真正的自適應(yīng)巡航系統(tǒng)，叫做Distronic(限距控制系統(tǒng))。

車載毫米波雷達(dá)的分類

常見的車載毫米波雷達(dá)可根據(jù)工作頻段分為24GHz、60GHz、77GHz毫米波雷達(dá)。準(zhǔn)確來(lái)說(shuō)24GHz雷達(dá)應(yīng)該劃分為厘米波雷達(dá)。

24GHz

近距雷達(dá)，成本低，尺寸大，探測(cè)精度較差。因此在駕駛輔助功能發(fā)展的前期被廣泛應(yīng)用，主要用在換道輔助，盲區(qū)檢測(cè)等功能上。

60GHz

遠(yuǎn)距雷達(dá)，成本較高，尺寸小，探測(cè)精度較高，約為24GHz雷達(dá)的3倍。但隨著芯片成本的市場(chǎng)化，成本也得到了有效的降低，前期主要應(yīng)用在前向行車功能(ACC等)中，目前已逐步取代24GHz雷達(dá)。

77GHz

活體檢測(cè)雷達(dá)，成本較高，尺寸小，探測(cè)精度較高。主要應(yīng)用在車內(nèi)后排活體檢測(cè)、心跳檢測(cè)等。

車載雷達(dá)的工作原理

雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射的電磁波信號(hào)被其發(fā)射路徑上的物體阻擋繼而會(huì)發(fā)生反射。通過(guò)捕捉反射的信號(hào)，雷達(dá)系統(tǒng)可以確定物體的距離、速度和角度。

目前主流市場(chǎng)應(yīng)用的多為FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)毫米波雷達(dá)。

FMCW雷達(dá)系統(tǒng)所用信號(hào)的頻率隨時(shí)間變化呈線性升高。這種類型的信號(hào)也稱為線性調(diào)頻脈沖。

FMCW雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射線性調(diào)頻脈沖信號(hào)，并捕捉其發(fā)射路徑中的物體反射的信號(hào)。圖所示為FMCW雷達(dá)主射頻組件的簡(jiǎn)化框圖。該雷達(dá)的工作原理如下:

合成器生成一個(gè)線性調(diào)頻脈沖。

該線性調(diào)頻脈沖由發(fā)射天線(TX天線)發(fā)射。

物體對(duì)該線性調(diào)頻脈沖的反射生成一個(gè)由接收天線(RX天線）捕捉的反射線性調(diào)頻脈沖。

“混頻器”將RX和TX信號(hào)合并到一起，生成一個(gè)中頻(IF)信號(hào)。混頻器是一個(gè)電子組件，將兩個(gè)信號(hào)合并到一起生成一個(gè)具有新頻率的信號(hào)。

汽車毫米雷達(dá)波的安裝

毫米波雷達(dá)一般安裝在車輛的四角保杠以及前牌照板下方，或者前中網(wǎng)附近，毫米波可以穿透TPO(PP+EPDM)塑料的前后保來(lái)實(shí)現(xiàn)探測(cè)，有隱藏式的，也有開放式的。

汽車毫米波雷達(dá)的功能

車載毫米波雷達(dá)產(chǎn)品包括前視中距毫米波雷達(dá)(MRR)、側(cè)視近距毫米波雷達(dá)(SRR）和車內(nèi)人員檢測(cè)毫米波雷達(dá)(VODR) 。

MRR安裝于車身正前方，能夠?qū)δ繕?biāo)區(qū)域內(nèi)的障礙物進(jìn)行檢測(cè)與參數(shù)測(cè)量、跟蹤以及目標(biāo)類型識(shí)別，可用于支撐L2及L2以上級(jí)別自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的FCW（前向碰撞預(yù)警）、AEB（主動(dòng)緊急制動(dòng)）、ACC等功能。

SRR安裝于車身四角，能夠?qū)δ繕?biāo)區(qū)域內(nèi)的障礙物進(jìn)行檢測(cè)與參數(shù)測(cè)量、跟蹤以及目標(biāo)類型識(shí)別，主要用于支撐L2及L2以上級(jí)別自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的BSD（盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)）、LCDA（換道輔助）、RCTA（后方橫向來(lái)車預(yù)警）、RCW（后防撞預(yù)警）、DOW（開門防撞預(yù)警）、FCTA（前方橫向來(lái)車碰撞預(yù)警）等功能。

VODR安裝于車內(nèi)B柱頂端或后視鏡下方，目的在于當(dāng)駕駛?cè)藛T離開并鎖車后，能夠?qū)噧?nèi)環(huán)境進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)，若檢測(cè)出車內(nèi)有人員遺留可以通過(guò)聲光報(bào)警或遠(yuǎn)程報(bào)警等方式及時(shí)發(fā)出警告以提示車主。

4D毫米波雷達(dá)

4D成像毫米波雷達(dá)的概念最早在2015年被提出。為什么叫4D ？傳統(tǒng)雷達(dá)可以測(cè)距、測(cè)速、測(cè)角，但不能測(cè)高。4D成像雷達(dá)具備測(cè)高功能。能夠提供目標(biāo)的高度信息。

4D成像雷達(dá)具備更高的角度分辨率、更遠(yuǎn)的探測(cè)距離、更強(qiáng)的成像能力、更高的俯仰分辨能力、更強(qiáng)的目標(biāo)分類能力，可以更好的實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)跟蹤、弱勢(shì)群體檢測(cè)、360°環(huán)境感知、輔助高清地圖構(gòu)建等功能。