无人驾驶技术——FMCW radar

上一篇主要介绍Radar信号，包括波长，波的频率，信号的相位以及波的一般方程,这一节主要是针对汽车应用的首选雷达类型FMCW雷达进行学习了解，做个笔记分享，方便以后查询。

FMCW radar

调频连续波雷达（FMCW） (Frequency-Modulated Continuous Wave radar) 是一种特殊的辐射连续传输功率的雷达传感器。fmcw雷达能够测量非常小的目标距离以及同时测量目标距离和相对速度的能力使其成为汽车应用的首选雷达类型。

FMCW频率随时间增加/减少的信号。它们也被称为上行和下行坡道。fmcw雷达最常用的两种波形模式是锯齿形和三角形。锯齿波通常只使用上安培，而三角形波形同时使用上安培和下坡道。

每一个chirp都是由它的斜率定义的。斜率由其chirp频率带宽b或者b-sweep(X轴)扫描给出。
及其在x轴上的chirp时间Ts。因此，

距离分辨率要求决定了BB，而雷达的最大速度能力则由啁啾时间Ts决定。
我们将在后面的章节中更详细地讨论这一点。

一个chirp序列或段由多个chirp组成。为了精确测量多普勒速度，对每一个chirp信号进行多次采样，进行多次测距和雷达发射。

在课程项目中，您将对每个chirp1024次进行采样，并发送128个chirp来估计距离和多普勒速度。因此，在这种情况下，该段由128个chirp组成。

小测验

在18微秒的时间内，确定频率从77GHz到77.113 GHz的扫描的斜率。您应该用单位MHz/μs计算您的答案

（77.113-77）*1000 / 18 = 6.277 MHz/us

FMCW 硬件

FMCW 硬件示意图如下：

频率合成器：频率合成器是在汽车雷达的情况下产生频率使啁啾频率一直达到77GHz的部件。

功率放大器：功率放大器将信号放大，使信号能够达到远距离。由于信号在辐射时衰减，因此需要更高的功率（振幅）才能到达更远的目标。

天线：天线将电能转换成电磁波，电磁波通过空气辐射，击中目标，然后反射回雷达接收天线。天线还通过在所需方向聚焦能量来增加信号强度。此外，天线模式决定了雷达的视场。

混频器：在调频连续波雷达中，混频器将回波信号与频率合成器产生的扫频信号相乘。该操作作为频率减法来给出频率增量-也被称为频移或中频（if）。如果=合成器频率-返回信号频率。

处理器：处理器是所有数字信号处理、检测、跟踪、聚类和其他算法发生的处理单元。这个单元可以是一个微控制器，甚至是一个FPGA。

FMCW 天线

天线方向图

天线方向图是天线发射相对场强度的几何方向图。

天线的波束宽度决定了雷达传感器的视场。如果对雷达的要求仅仅是在它自己的车道上感知目标，那么波束宽度必须足够小，以覆盖整个车道，达到所需的范围。如果波束宽度大于车道宽度，它也会感应到其他车道上的目标。

天线辐射不仅包括远光，还包括旁瓣。天线旁瓣非常重要，因为它们可以产生错误的警报，并从不需要的方向上拾取干扰。如图所示，天线的旁瓣指向不同的方向，并能感应到不在远光中的目标。为了避免副瓣检测，重要的是从主光束的峰值抑制副瓣水平超过30分贝。

天线类型

有许多类型的天线（偶极子、贴片、喇叭）可以在77GHz下使用，但在汽车雷达中最常用的天线类型是贴片天线。贴片阵列天线成本低、制造简单、外形小巧，是汽车雷达应用的理想选择。下图是贴片阵列天线：

一个更强的光束可以帮助探测更远的物体，一个窄的光束可以帮助雷达聚焦到一个特定的车道上。