導(dǎo)讀

毫米波雷達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)射功率低、分辨率高、靈敏度高、天線部件尺寸小的特點(diǎn)。 本文介紹了 毫米波雷達(dá)的技術(shù)原理、系統(tǒng)組成和在車輛上的布置設(shè)計(jì)。

毫米波雷達(dá)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)射功率低、分辨率高、靈敏度高、天線部件尺寸小的特點(diǎn)。 本文介紹了 毫米波雷達(dá)的技術(shù)原理、系統(tǒng)組成和在車輛上的布置設(shè)計(jì)。

隨著毫米波技術(shù)的發(fā)展， 單片微波集成電路MMIC 和雷達(dá)天線高頻 PCB 板等毫米波雷達(dá)關(guān)鍵部件的技術(shù)的突飛猛進(jìn)， 使毫米波雷達(dá)廣泛應(yīng)用在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS） 中。毫米波雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)在于， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、發(fā)射功率低、分辨率高、靈敏度高、天線部件尺寸小。

1  車載毫米波雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)及流程

24GHz頻段的毫米波雷達(dá)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)盲點(diǎn)監(jiān)測(cè)和低速狀態(tài)下的變道輔助。在智能駕駛應(yīng)用中， 通常用來感知車輛近處的障礙物， 為變道決策提供感知信息。其缺陷在于， 探測(cè)距離不夠遠(yuǎn)和對(duì)重疊目標(biāo)的靈敏度低的局限性， 所以， 一般情況下適用于智能駕駛低配版。

77GHz 頻段的毫米波雷達(dá)性能較前者有很大提升， 最大探測(cè)距離可達(dá) 160 米。已經(jīng)可以滿足智能駕駛對(duì)于探測(cè)障礙物距離、相對(duì)速度、角度等的要求， 因此， 可以實(shí)現(xiàn)諸如， 緊急制動(dòng)（AEB） 、自適應(yīng)巡航（ACC） 、并線輔助（LCA） 等 ADAS 功能。

通過雷達(dá)天線向外發(fā)射毫米波， 接受目標(biāo)反射信號(hào)， 經(jīng)過后臺(tái)處理， 迅速準(zhǔn)確地獲取車輛周圍環(huán)境的物理信息， 例如：車輛與被探測(cè)物體之間的相對(duì)距離、相對(duì)速度、運(yùn)動(dòng)方向、以及角度等。

在獲取物理信息后， 對(duì)探測(cè)目標(biāo)進(jìn)行追蹤和識(shí)別分類， 同時(shí)， 數(shù)據(jù)融合車輛自身動(dòng)態(tài)信息， 最后通過中央處理單元（ECU） 進(jìn)行智能處理。

在 ADAS L2 級(jí)別下， 車輛會(huì)將經(jīng)過合理決策后的信息， 以聲、光、觸覺等多種方式告知或者警告駕駛員， 或及時(shí)對(duì)車輛做出主動(dòng)干預(yù)， 從而確保駕駛過程中的安全性， 減少事故發(fā)生率。車載毫米波雷達(dá)簡(jiǎn)圖見圖 1。



2  雷達(dá)安裝位置和模塊方向

雷達(dá)在車輛上的安裝及誤差范圍是依據(jù)圖 2所標(biāo)出的坐標(biāo)系定義的。



模塊方向

SRR 模塊一般安裝在車輛的四個(gè)角附近， 具體位置取決于應(yīng)用和整車的雷達(dá)覆蓋范圍要求。

雷達(dá)的軟件需依據(jù)雷達(dá)的布置角度來配置。SRR 模塊 - 縱坐標(biāo)系統(tǒng)（SDS） 中雷達(dá)的視場(chǎng)（FOV） 見圖 3， 可能出現(xiàn)“對(duì)稱”和“非對(duì)稱”與“非對(duì)稱”的兩種波束增益圖。

FOV 本身是對(duì)稱的， 但是在信號(hào)增益圖中非對(duì)稱的圖案表示雷達(dá)的靈敏度情況， 靈敏峰值出現(xiàn)在 +60° 處。



垂直方向

雷達(dá)的水平固定特征要與車輛行駛的路面平行， 雷達(dá)的垂直固定特征需與車輛行駛路面垂直。

可以根據(jù)不同車輛規(guī)定的載重設(shè)計(jì)， 底盤設(shè)計(jì)和其他的特別設(shè)計(jì)在安裝時(shí)需定義偏差補(bǔ)償?？傊ＷC雷達(dá)波發(fā)射水平面與路面在空載狀態(tài)下平行。

雷達(dá)的垂直固定公差取決于實(shí)際應(yīng)用中的信號(hào)覆蓋范圍和探測(cè)區(qū)域。 根據(jù)雷達(dá) FOV 的不同，pitch 和 roll 的角度公差應(yīng)被控制在 +/- 4.5° 內(nèi)。

誤差對(duì)系統(tǒng)的影響： 雷達(dá)波束平面所產(chǎn)生的角度誤差會(huì)作為角度誤差參數(shù)引入。 垂直誤差會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)探測(cè)區(qū)域減少。SRR 模塊 - 角度偏移與探測(cè)范圍關(guān)系圖見圖 4。



水平方向

SRR 模塊能夠提供一個(gè)相 對(duì)于雷達(dá)視軸+/- 75° 的 FOV， 水平方向上的固定公差由 FOV決定，F(xiàn)OV 與車輛的應(yīng)用要求以及潛在的車體結(jié)構(gòu)反射情況相關(guān)。

誤差對(duì)系統(tǒng)的影響：水平方向上偏離布置要求可能會(huì)造成覆蓋區(qū)域一側(cè)的覆蓋范圍明顯縮小。 此外， 從車體結(jié)構(gòu)上反射的信號(hào)會(huì)造成雷達(dá)丟失目標(biāo)或者誤探目標(biāo)。

3  安裝高度

安裝高度由應(yīng)用中的最小探測(cè)范圍及潛在的路面探測(cè)信息決定。安裝高度以地面到雷達(dá)模塊中心點(diǎn)的高度為準(zhǔn)。補(bǔ)償車輛負(fù)載后， 雷達(dá)的最大安裝高度是800mm， 最低的安裝位置為距離地面 400mm。

在這個(gè)安裝高度范圍內(nèi)， 可以減少雷達(dá)向地面的發(fā)射，同時(shí)也減少地面反射帶來的雜波干擾。

安裝高度對(duì)系統(tǒng)的影響：如果雷達(dá)的安裝高于參考高度范圍， 系統(tǒng)可能探測(cè)不到盲區(qū)中較低的目標(biāo)；如果雷達(dá)的安裝低于參考高度范圍， 系統(tǒng)可能探測(cè)不到盲區(qū)中的高底盤車輛。

4  外殼設(shè)計(jì)

為了避免將第二表面（雷達(dá)外部的覆蓋外殼，如保險(xiǎn)桿等） 誤認(rèn)為是最近目標(biāo)， 雷達(dá)外表面到第二表面最大理論距離是 0.5m， 但是在實(shí)際場(chǎng)景中，為了減少雷達(dá)波在外殼上的投射面積， 最大距離為 0.1m。

考慮到雷達(dá)罩殼會(huì)吸收、 反射或扭曲雷達(dá)波束， 因此， 外殼的尺寸必須大于雷達(dá)波束的投影。為了減少雷達(dá)波束的扭曲，外殼厚度的均勻性至關(guān)重要。

需從外殼的介電常數(shù)和雷達(dá)入射角的綜合考慮， 定義一個(gè)最佳的厚度， 或者最佳的漸變厚度。 此外， 外殼的材料應(yīng)該是一致的， 不能加金屬或者碳纖維以防止雷達(dá)波束衰減和失真。

結(jié)語(yǔ)

毫米波雷達(dá)在目前的智能駕駛領(lǐng)域是唯一的全天候傳感器， 其測(cè)速、測(cè)距、精度、穿透力均十分突出， 正因?yàn)槿绱耍?合理的布置位置才能發(fā)揮出雷達(dá)最佳的綜合性能。