汽车雷达-综述

     目录

 

1、简介

2、发展史

3、技术参数

4、采用SIGe毫米波T/R组件

5、汽车雷达中主要的信号处理单元

5.1、远程雷达

 5.1.1、总体框图

5.1.2、FFT

5.1.3、DOA估计

5.1.3.1   和差测角

5.1.3.2、顺序波瓣法

5.1.3.3、相位法测角

5.1.4 目标跟踪-线性卡尔曼滤波

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1、简介

汽车雷达作为驾驶员辅助系统的核心传感器(检测距离、速度)；远距离雷达（LRR）是用来实现自动巡航（ACC），中距离雷达（MRR）用来实现侧向来车报警和车道变道辅助，近距离雷达（SRR）则是用来实现停车辅助、障碍和行人检测。

                        

谈到其他的传感器技术能力，雷达最强悍的还是它能够在严酷的环境中工作（光线不好，环境较差，极端的温度）；雷达需要有多个通道才能够支持角度测量；与其他机载传感器进行数字领域的数据融合；

                     

2、发展史

1. 最开始试图使用毫米波汽车雷达是在上世纪70年代（但是整体来说是不太合适的，因为大尺寸和昂贵的成本）；
2. 1989~1999开始发展第一代汽车雷达（Daimler, Toyota）；
3. 上一代基于180/130nm的SiGe芯片组和先进的封装集成天线达到商用要求（博世）；
4. 高的频率能够使雷达更加轻便小巧，更加集成化，将减少组装和测试成本，从而大大降低了成本；
5. 市场将以每年40%的速度扩张，预计明年所有高档/中型车都将配备雷达(全球7%的汽车，主要在欧洲、日本和美国销售，将配备雷达)

3、技术参数

参数	LRR	MRR	SRR
最大发射功率（EIRP）	55dBm	-9dBm/MHz	-9dBm/MHz
频率范围	76-77GHz	77-81GHz	77-81GHz
带宽	600MHz	600MHz	4GHz
探测距离范围Rmin~Rmax	10~250m	1~100m	0.15~30m
距离分辨率ΔR	0.5m	0.5m	0.1m
测距精度δR	0.1m	0.1m	0.02m
速度分辨Δv	0.6m/s	0.6m/s	0.6m/s
测速精度δv	0.1m/s	0.1m/s	0.1m/s
测角精度δψ	0.1°	0.5°	1°
方位波束宽度（3dB带宽）±ψmax	±15°	±40°	±80°
俯仰波束宽度（3dB带宽）±θmax	±5°	±5°	±10°

                                    

4、采用SIGe毫米波T/R组件

                                                  

1. 博世基于英飞凌的SIGe的芯片模组可以在市场上买到；
2. 2块PCB板；
3. 线性调频连续波；
4. LRR的输出功率是7dBm，有四个通道（2 RX和2TX），介电层天线提供了长达250m的高接收增益；
5. 可选的版本，PCB或芯片集成天线

5、汽车雷达中主要的信号处理单元

主要的信号处理包括：距离估计，多普勒频率估计、DOA（Direction of arrival）谱估计，目标跟踪。

5.1、远程雷达

远程雷达的观测范围如下图所示。

           

远程雷达的主要参数：

参数	参考值
中心频率	24GHz/77GHz
扫描带宽	150MHz
速度分辨率	Δvr=2.25km/h
最大无模糊速度	Vmax=250km/h
距离分辨率	ΔR=1m
最大探测距离	Rmax=200m
处理时间	TCPI=10ms

功能：自动巡航（ACC），碰撞报警；

 5.1.1、总体框图

一些特殊的波形必须同时满足距离和径向速度测量。有以下几种波形：

1. Pulse Doppler（脉冲多普勒）；

2. 三角、锯齿调频连续波；

3. 频移键控（FSK）连续波；

4. MFSK连续波；

下面给出一个单通道三角调频连续波雷达的框图：

                       

5.1.2、FFT

 应用于每段（chrip信号的上调频和下调频），频率和距离估计精度取决于FFT的点数，典型的点数值是128~4096点；

              

                                          

5.1.3、DOA估计

5.1.3.1   和差测角

和差测角需要有两个波束指向不同的方向，和波束和差波束都将会被用上。其原理框图形式如下图所示。

                                

 

根据公式α=Σ/Δ ，Σ为和波束，Δ为差波束 ，根据下图可以得到和波束和差波束的比值α， 就可以得到值对应的角度。

                             

5.1.3.2、顺序波瓣法

顺序波瓣法通过选通对应的波束指向，根据目标在每个波束中返回的电平信息，来获得目标的角度信息。

                                                          

5.1.3.3、相位法测角

如下图所示，因为目标与雷达天线之间的角度为θ，所以目标到天线1的时间与到天线2的时间相差了τ；τ与ΔR之间又存在对应的关系；最后通过相位检波的方法求出相位差φ，即可求得目标与雷达天线之间的夹角θ。

                                 

5.1.4 目标跟踪-线性卡尔曼滤波

跟踪的流程图如下图所示。