汽车雷达介绍（汽车雷达简介与发展）

汽车雷达简介与发展

汽车雷达作为驾驶员辅助系统的核心传感器，用于检测距离、速度等汽车行驶中的重要数据。汽车雷达分为三种雷达远距离雷达（LRR）、中距离雷达（MRR）、近距离雷达（SRR）。其中远距雷达用来实现自动巡航（ACC），中距离雷达用来实现侧向来车报警和车道变道辅助，近距离雷达则是用来实现停车辅助、障碍和行人检测。

目前车载雷达主要包括超声波雷达、激光雷达、毫米波雷达

超声波雷达

原理：超声波雷达是利用传感器内的超声波发生器产生40kHz的超声波，再由接收探头接收经过障碍物反射回来的超声波，根据超声波接收的时间差来计算与障碍物之间的距离。

具体过程是超声波发射器向外面某一个方向发射出超声波信号，在发射超声波时刻的同时开始进行计时，超声波通过空气进行传播，传播途中遇到障碍物就会立即返射传播回来，超声波接收器在收到反射波的时刻就立即停止计时。在空气中超声波的传播速度是340m/s，计时器通过记录时间t，就可以测算出从发射点到障碍物之间的距离长度（s），即：s＝340t/2。超声波雷达成本较低，但探测距离相对较短，只有几米，这是因为超声波的传输速度容易受天气情况的影响，在不同的天气情况下，超声波的传输速度不同。并且超声波传播速度较慢，当汽车高速行驶时，使用超声波测距无法跟上汽车的车距实时变化，误差较大。另一方面，超声波散射角大，方向性较差，在测量较远距离的目标时，其回波信号会比较的弱，影响测量精度。但是，在短距离测量中，超声波测距传感器具有非常大的优势。所以超声波雷达通常用于泊车系统中，且超声波雷达会受限天气条件。

激光雷达

激光雷达通过向目标发射激光束，将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而实现对目标的探测、跟踪和识别。从本质上说激光雷达和毫米波雷达都是利用回波成像来构显被探测物体的，就相当于人类用双眼探知而蝙蝠是依靠超声波探知的区别。激光雷达具有分辨率高、精度高、抗有源干扰能力强等优点，通常其测距精度可达几个厘米。主要应用于无人驾驶系统但激光雷达会比较容易受到自然光或是热辐射的影响，在自然光强烈或是辐射区域的时候，激光雷达将会被消弱很多而且激光雷达的造价成本高，对工艺水平要求也比较高。

毫米波雷达

毫米波雷达是指工作在毫米波波段的雷达，其实就是电磁波，其频率范围在30GHz-300GHz之间，波长从1cm到1mm，这是一个非常适合车载领域的频段。目前常用于车载领域的毫米波雷达频段有三种。

24-24.25GHz：这种频段目前大量应用于汽车的盲点监测、变道辅助。雷达安装在车辆的后保险杠内，用于监测车辆后方两侧的车道是否有车、可否进行变道。这个频段也有其缺点，首先是频率比较低，另外就是带宽（Bandwidth）比较窄，只有250MHz。

77GHz：这个频段的频率比较高，国际上允许的带宽高达800MHz。据介绍，这个频段的雷达性能要好于24GHz的雷达，所以主要用来装配在车辆的前保险杠上，探测与前车的距离以及前车的速度，实现的主要是紧急制动、自动跟车等主动安全领域的功能。

79GHz-81GHz：这个频段最大的特点就是其带宽非常宽，要比77GHz的高出3倍以上，这也使其具备非常高的分辨率，可以达到5cm。

下面将举例介绍77GHz汽车雷达的基本工作原理。

77GHz汽车防撞雷达釆用调频连续波（FMCW）雷达进行距离测量。调频连续波雷达的发展历史久远，具有设备相对容易实现、技术相对成熟、测距和测速精度相对较高的优点。

图1为锯齿波调频信号的时频曲线，图中实线为发射信号的时频变化曲线，虚线为接收信号的时频变化曲线。

图1

其中f0为调制信号的起始频率，B为调频信号的带宽，T为调频信号的周期，

为时间上接收信号相对于发射信号的变化，

为频率上接收信号相对于发射信号的变化。则有

（1-1）

其中μ为调制斜率

根据公式（1-1）可以推出：

（1-2）

FMCW雷达测距原理：

在雷达系统中发射机产生的发射信号经目标反射回来后，接收机所接受到的反射信号相对于发射信号存在一定的时延，同时时延可以根据测量目标距离R推算出，即

（1-3）

其中c为光速

根据公式（1-2）可以推出：

（1-4）

根据接收信号和发射信号间的差频，就可以计算出目标的距离Ｒ。在雷达系统中，只需要对混频后获得的差频信号进行FFT变换，即可获得差频，从而计算出目标距离。

FMCW雷达测速原理：

假设采用锯齿波调频的汽车防撞雷达与被测目标物体间的初始距离为R1。经过一定的扫频周期，其间时间差为，与被测目标物体间的距离变为R2，表示距离变化。相对速度v可以表示如下:

(1-5)

根据公式（1-4）可以推出：

(1-6)