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雷达传感器基本知识使用内容介绍

雷达传感器

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雷达传感器

        雷达传感器基本知识使用内容介绍,现在广泛使用的几种雷达传感器。在汽车上使用的类型叫做FMCWFMCW。FMCW不会发出简单的脉冲来反射从目标反射回来的信号,而是发出一个频率随工作时间升高的线性调频脉冲。扩散。发送器发出的线性FM脉冲的频率和接收到反射的频率(任意一次)之间的差异与从发射器到物体的距离成线性关系。

        现在这一代装备了雷达的车辆一般都有一个前雷达,可以自适应巡航控制150米左右。第二代前置雷达通常具有更大的视场(FOV)以帮助紧急刹车。后面有两个雷达,它们能探测到80米的距离,可以探测到汽车后面的车辆。行业分析家预计,未来所有这些雷达传感器的射程都将增加,特别是后部雷达,有望达到160m。

        目前,一个典型的车载雷达传感器主要包括天线、RF模块、高速数字接口、信号处理机和电源模块。车辆中有两种天线,垂直极化和水平极化,仅V和H型。V为传统类型。竖直极化的优点是杂波较少,但是方位角(水平偏角)FOV有限,这是因为单元贴片式V辐射器的辐射方向图很窄。同样,水平极化要求较大的FOV方位,但在目标模式中会出现更多的波纹。

        大部分雷达传感器前端部件都使用RFCMOS。一般的配置是将RF组件放置在一个PCB上,另一个PCB进行信号处理。在一个典型的汽车FMCW模块中,本地振荡器(LO)产生一个线性FMCW信号chirp信号,通过功率放大器对天线进行放大和发射。接受的天线会截取反射信号,然后把它与LO信号进行放大。这个混合产生本振和回波频率的和及其差异。滤去和并将差值(拍频或中频IF)数字化。ADC的数字输出发送给分析目标信号结果的信号处理器。一般情况下,信号处理器包含两到六个内核,包括用于FFT的专用硬件。

        值得注意的是,与其它汽车子系统的接口对于雷达系统来说是一个严重的限制因素。要找出原因,假设有一个雷达传感器在测量时间10毫秒内以20毫秒的有效速率采样,周期为50毫秒。在采集速率为12位/秒的ADC时,快速计算每一个为1.2MB和四个接收通道的数据速率是24MB/秒。但问题在于,目前快的网络是高速以太网。其比特率为每秒100Mbit或11.75MB/秒。所以,如果与雷达传感器配合使用,高速以太网连接可以备份传感器数据,速度为12.25MB/秒。

        目前,自动雷达的使用频率通常从77增加到77.8GHz的线性调频波形。发送信号和回波信号之间的瞬时频率差异与时间延迟成正比,时间延迟与范围成比例。这样,对IF信号的测量就可以提供范围信息。数字版本是计算范围和目标确定的基础。
复杂的情况发生在目标移动时。反射波的频率因多普勒效应而改变,其频率不仅取决于距离,而且还取决于目标的相对速度。为消除模糊性,自动雷达通常使用信号处理器来区分多普勒频率和范围频率。

        常用的方法是发出一些快速的rp声,即a声序列。将产生的数据放在通常表示为二维数组的数据矩阵中,并将每一个收集到的线性FM脉冲的探测频率显示在一列中。

        栏中的内容通常被称为“快时”,而一行的内容叫做“慢”。LFM序列信号处理从FFT开始,对快时输入执行FFT,再对慢数据进行FFT。快时轴上的FFT有效地提供了作用域压缩,因为它把所有反射的能量都压缩为一个范围。同样,沿慢速时间轴的第二个FFT提供了速度压缩。简单的情况下,只有一个目标,就能达到目标的距离和速度。

        2维FFT可以给出一个或多个目标的速度和范围。基本目标就是在某一噪声阈值之上。(设置这个阈值本身就是一个处理问题。)但汽车应用也需要根据雷达传感器的角度位置来确定目标。为测量角度位置,雷达使用了多个天线,通常有4至16个天线。对每一个天线输出进行快速和慢速FFT。结果数据通常可视化为具有X轴和Y轴的立方体,在这两个轴中,X轴和Y轴都是由快慢数据组成,Z轴代表每个天线的数据。事实上,这个立方体代表了具有速度、距离和方位轴的三维地图。

        利用相邻雷达传感器波束接收信号的幅值比值确定目标角位置,一般称为单脉冲技术。一次单脉冲技术在稍有不同的方向(或者可能略有不同的相位)发射雷达信号。一个反射信号被分别放大和比较,从而表明一个方向的返回强度较大,从而表明目标相对于雷达主轴线的大致方向。这个对比发生在一个脉冲期间,所以它是单脉冲。单脉冲法的优点是计算成本低,每一个测量周期都能轻松跟踪100个目标。不足之一是角度分辨率较差。所以,雷达系统信号处理器通常会对它们所找到的每一个回波进行快速测试,以判断它是来自单一目标还是多个目标。分隔处理需要使用更复杂的算法,如Bartlett或MVDR(方差无失真响应)波束成形。

        有效接收天线横截面(光圈)越大,分辨目标角度的能力越强。正因为如此,在车载雷达中,MIMO(多进/多出)天线阵列非常感兴趣。MIMO阵列只有四个接收通道和三个发射通道,可合成12个虚拟接收天线阵,天线孔径相应增大。总之,在汽车上使用的chi序列FMCW雷达,一般可将目标区域从20米到200米的一个典型范围分辨为7到36米。而距离分辨率取决于线性FM带宽。宽带的频率可能是800MHz、1GHz或者1.6GHz。自动化雷达传感器通常能把速度划分为0.14到1.14m/秒。

        要指出的是,情形因素对雷达传感器性能有很大的影响。在保险杠上使用金属漆就是一个典型例子。涂料不仅覆盖了缓冲器,而且覆盖了停车用的雷达天线。专家称,这种金属涂层将使雷达探测范围减少1.5至1.7。

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