智能网联汽车 3-2 认知高精度定位系统 教案

课题任务二认知高精度定位系统课时1课型新课学科智能网联汽车教师学习目标知识目标：1.能说出高精度定位系统的作用。2.能描述高精度定位系统的要求。3.能说明高精度定位系统的组成。4.能阐述高精度定位系统的关键技术。5.能说明我国北斗卫星导航系统建设发展。素质目标：1.通过学习我国北斗卫星导航系统建设发展，引导学生树立不断探索的科学精神，提高科学素养。2.通过学习高精度定位系统，引导学生关注全球议题，增强国家竞争力。教学重点1.能描述高精度定位系统的要求。2.能说明高精度定位系统的组成教学难点高精度定位系统的组成。教学方法讲授法教学资源教学视频、PPT教学过程教学环节教学内容一、导入上节课我们了解了超声波雷达，今天我们来认识毫米波雷达。我们先看一个视频。播放视频：毫米波雷达二、教学过程同学们发现了吗，通过视频，我们可以知道毫米波是毫米波雷达是通过发射和接收无线电波来测量车辆与车辆之间的距离、角度和相对速度的装置。那么，毫米波雷达到底是什么？提问1：什么是毫米波雷达？明确1：毫米波雷达是通过发射和接收无线电波来测量车辆与车辆之间的距离、角度和相对速度的装置。毫米波雷达向周围发射电磁波，通过测定和分析反射波以计算障碍物的距离、方向和大小。那么，毫米波雷达是有哪些类型的呢？提问2：毫米波雷达的类型有哪些？明确2：目前应用在智能网联汽车领域的毫米波雷达主要有3个频段，分别是24GHz，77GHz和79GHz1）根据毫米波雷达频率可以分为24GHz毫米波雷达、77GHz毫米波雷达和79GHz毫米波雷达。2）根据毫米波雷达的有效射程可分为长距离雷达（LRR）、中距离雷达（MRR）和短距离雷达（SRR）。接下来我们来了解毫米波雷达的组成。提问3：毫米波雷达的组成有哪些？明确3：毫米波雷达由单片微波集成电路（MMIC）芯片、天线印制电路板、收发模块、信号处理模块。主要包括的部件如上图。在车载毫米波雷达领域，应用比较广泛的是调频式连续毫米波雷达（FMCW），有近距离测量以及测速的优势。那么，其工作原理我们了解一下。提问4：毫米波雷达工作原理是什么？明确4：FMCW雷达是利用多普勒效应进行障碍物的探测，它通过发射源（天线）向目标发射毫米波信号，在扫频周期内通过调频发射频率变化的连续波（常见的调频方式有三角波、锯齿波、编码调制或者噪声调频等），遇到障碍物体后，发射的电磁波被反射，产生与发射信号有一定频率差的回波，并分析发射信号频率和反射信号频率之间的差值，精确测量出目标相对于雷达的距离、运动速度和方位角等信息。原理如图：毫米波雷达具有测距功能，雷达调频器通过天线发射毫米波信号，发射信号遇到目标后，经目标的反射会产生回波信号，发射信号与回波信号相比形状相同，时间上存在差值。发射信号与反射信号间的频率差值直接取决于和目标之间的距离。距离越大，则发射信号接收的往返时间越长，并且发射频率与接收频率间的差值越大。测距原理如图：同时，毫米波雷达具有测速功能，当目标与雷达信号发射源之间存在相对运动时，发射信号与回波信号之间除存在时间差外，频率上还会产生多普勒位移。例如，当前方车辆快速行驶时，车距加大，由于多普勒效应，反射信号（ΔfD）的频率将变小。这将导致上坡(Δf1)和下坡(Δf2)时的频率产生差值。测速原理如图：在测量方位角时，它的原理是通过毫米波雷达的发射天线TX发射出毫米波后，遇到被监测物体反射回来，通过毫米波雷达并列的接收天线RX1、RX2，通过收到同一监测目标反射回来的毫米波的相位差，就可以计算出被监测目标的方位角。毫米波雷达具有探测性能稳定、作用距离较长、识别精度高、环境适用性好等特点。它的应用前景如何？提问5：毫米波雷达应用前景如何？明确5：毫米波雷达分辨力不高，对行人探测反射波较弱，无法精确识别行人、交通标示符号和信号灯，需与视觉传感器互补使用。毫米波雷达可实现自适应巡航控制