《智能汽车传感器技术》项目二

智能汽车传感器技术目录绪论超声波雷达技术项目1毫米波雷达技术项目2激光雷达技术项目3视觉传感器技术项目4组合导航技术项目5多传感器融合技术项目6项目2

毫米波雷达技术03项目导读毫米波雷达是工作在毫米波频段的雷达，因探测距离大、分辨率高、运行可靠且受环境影响小而广泛应用于汽车领域。毫米波雷达主要用于感知车辆周围环境，实时测量车辆和障碍物之间的相对距离、相对速度、方位角等。毫米波雷达技术可与其他智能感知技术相结合，从而实现盲区监测、变道辅助、三维建模等功能，并进一步对道路状况进行判断、分析，最终实现汽车的自动驾驶。可以说，毫米波雷达技术已成为未来保障驾驶安全、实现智能交通的重要技术之一。项目导读本项目主要介绍毫米波雷达的基本知识、常见故障及其检修方法。知识目标：学习目标了解毫米波的基本知识。掌握毫米波雷达的特点、分类及组成。了解毫米波雷达的应用。

熟悉毫米波雷达的探测原理及技术参数。

掌握毫米波雷达的常见故障及其检修方法。能熟练使用毫米波雷达的拆装工具。能拆装毫米波雷达。能检修毫米波雷达的常见故障。技能目标：素质目标弘扬爱岗敬业、忠于职守的职业精神。激发心系国家建设，勇担时代使命的爱国情怀。培育执着专注、踏实认真的工匠精神。项目导航任务2.1认识毫米波雷达任务2.2检修毫米波雷达任务2.1

认识毫米波雷达任务引入小王刚拿到驾照，就迫不及待地开着他新买的领克02混合动力电动汽车（简称领克02，见图）在道路上驰骋。点击跳过情境任务引入但由于是新手，小王还不能很好地控制车距和车速，在驾驶过程中总会发生各种各样的意外。有一次，小王在驾驶时遇到前车紧急制动，但由于跟车很近，小王一时没有反应过来，最终车辆以较高的车速向前车撞去。点击跳过情境任务引入小王本以为追尾不可避免，没想到领克02竟然主动进行制动，避免了事故的发生。事后，小王非常后怕，决定以后认真开车，同时也对领克02的自动紧急制动功能产生了浓厚的兴趣。点击跳过情境任务引入“领克02”是利用什么技术实现自动紧急制动功能的？问题：2.1.1毫米波概述毫米波是一种波长为1～10mm的电磁波，其频率范围为30GHz～300GHz。毫米波既具有电磁波的一般特点，如传播速度快、传播不需要介质等。也具有其自身独特的特点，如波长短、频段宽、波束窄、分辨率高、不易受干扰等。2.1.1毫米波概述1．电磁波的定义电磁场

变化的电场可产生磁场，变化的磁场可产生电场，两者互为因果、相互依存，从而形成电磁场。电磁波电磁场总是以光速向四周传播，形成电磁波。电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场和磁场在空间中衍生发射的振荡粒子波，是以波为形式传播的电磁场。电磁波的传播不需要介质，其在真空中的传播速度为光速，约为。2.1.1毫米波概述

按波长的不同，电磁波可分为无线电波、红外线、可见光、紫外线、X射线、伽马射线等，其分类如表所示。种类波长伽马射线小于0.01nmX射线0.01～10nm紫外线10nm～0.38μm可见光0.38～0.76μm红外线（0.76～1000μm）近红外线0.76～3μm中红外线3～6μm远红外线6～15μm超远红外线15～1000μm电磁波的分类2.1.1毫米波概述（续表）种类波长无线电波（1mm～3000m）微波（1mm～1m）毫米波1～10mm厘米波1～10cm分米波1～10dm超短波1～10m短波10～100m中波100～1000m长波1000～3000m2.1.1毫米波概述当电磁波在空间中传播时，一旦传播的介质发生改变，电磁波就会出现吸收、反射、透射、衍射等现象。这些现象的发生一方面取决于物体的材质，另一方面则取决于电磁波的波长。水会吸收电磁波，因此水下探测很少使用电磁波，而较多使用声波。例子：广播信号会穿过墙壁，因此在室内也能接收到广播信号，但是WiFi信号的强度却很容易受到墙壁的影响。2.1.1毫米波概述在实际中，应根据不同的应用场景合理选用电磁波。一般来说，波长越短，电磁波越容易发生反射；波长越长，电磁波越容易发生衍射和透射。2.1.1毫米波概述（1）频带宽毫米波的带宽高达270GHz，是微波以下各频段带宽之和的9倍。考虑到空气对毫米波的吸收衰减作用，通常使用大气窗口附近的频段，但其频段总带宽也达到了135GHz，是微波以下各频段带宽之和的近5倍。知识加油站大气窗口也称大气窗区，是指电磁波能够较好地穿透大气的一些频段。由于大气中的各种粒子（如水蒸气和气体分子）对电磁波辐射具有吸收和反射作用，因此仅某些频段的电磁波更容易被地面装置接收。2．毫米波的特点2.1.1毫米波概述好处极为富裕的带宽资源可保证大量的电磁波信号在该频段内工作而不会相互干扰，且可使工作时信号的时延极小。5G通信也使用了毫米波技术，其使用的频段一般为24GHz～100GHz，比4G通信时使用的频段宽几十倍。2.1.1毫米波概述（2）波长短毫米波的波长位于厘米波和红外线相交叠的波长范围内，因此毫米波兼具了两者的优点，既容易发生反射，又不容易受到干扰。毫米波和厘米波同属于微波，可全天候使用，受外界环境影响小，抗干扰能力强，不受物体表面颜色、形状的影响。2.1.1毫米波概述好处与红外线相似，毫米波的频率较高、波束较窄，因此具有较高的分辨率和精度，可分辨距离较近的小目标并可清晰地探测目标的细节。2.1.1毫米波概述（3）穿透能力强毫米波在大气中传播时，虽然其衰减程度比其他微波的大，但却比红外线和激光的小得多。2.1.1毫米波概述好处毫米波可有效地穿透水滴、烟尘、云、雾和等离子体，且对恶劣环境的适应能力强，可全天候工作，因此广泛应用于环境遥感、军事侦察等领域。2.1.1毫米波概述（4）大气传播衰减大毫米波波长短，因此在大气中传播时容易被阻挡和吸收，仅在大气窗口传播时衰减才较小，而在非大气窗口传播时，毫米波的衰减较为严重，尤其在60GHz、120GHz和180GHz这3个频率附近，毫米波的衰减达到极大值，即衰减峰。2.1.1毫米波概述好处衰减峰频段可用于要求安全性能较高的隐蔽网络。2.1.1毫米波概述目前世界各国对车载毫米波雷达的频段并无统一的标准，主要集中在24GHz、60GHz、77GHz和79GHz4个频率附近。24GHz波的波长为12.5mm，严格地说该频率的波并不属于毫米波。但是由于该频率是最早被应用于汽车雷达的，因此如今汽车行业仍把频率位于24GHz的雷达称为毫米波雷达。3．车载毫米波雷达频段2.1.1毫米波概述欧盟主要使用的车载毫米波雷达频段为24.05GHz～24.25GHz我国早在2005年就将76GHz～77GHz频段规划为车辆测距雷达用，而后在2012年将24.25

GHz～26.65GHz频段规划为近距车载毫米波雷达用美国则使用21.65GHz～26.65GHz和76

GHz～77GHz两个频段日本是世界上少数将车载毫米波雷达的频段确定在60GHz～61GHz的国家之一2.1.1毫米波概述随着汽车电子技术和智慧交通技术的发展，出于保障交通安全的需要，车载毫米波雷达向着更高频率、更大带宽方向发展已是大势所趋。2015年，世界无线电通信大会（world-radiocomunication-conferences,WRC）将77.5GHz～78.0GHz频段划分给无线电定位业务，使整个76GHz～81GHz频段都可用于车载毫米波雷达。2.1.1毫米波概述有利于汽车产业界开发出全球频段统一的车载毫米波雷达设备，从而有效降低车载毫米波雷达芯片等相关零部件的成本，促进车载毫米波雷达向中低端车型的普及。对车载毫米波雷达频段进行统一划分的作用：2.1.1毫米波概述如今，世界各国的车载毫米波雷达频段都在向高频调整，77GHz的频段逐渐成为毫米波雷达的主流。77GHz毫米波雷达的主要指标如表所示。参数指标参数指标频段/GHz76～77测速范围/（m/s）0～50测距范围/m1～250速度精度/（m/s）0.25测距精度/m0.3最大目标数量/个超过32最大方位角/（°）45扫描周期/ms小于50俯仰角范围/（°）主要应用的驾驶辅助系统ACC、AEB77GHz毫米波雷达的主要指标2.1.2毫米波雷达的特点毫米波雷达带宽大、分辨率高、抗干扰能力强，对物体具有较好的识别能力，且设备体积小，便于在车辆上安装和部署，是具备“全天候、全天时”工作能力的车载传感器。因而成为ADAS必不可少的核心传感器之一。毫米波雷达的外观如图所示。毫米波雷达的外观2.1.2毫米波雷达的特点1．毫米波雷达的优点（1）响应速度快毫米波是电磁波的一种，传播速度为光速，因此搭载高速信号处理系统的毫米波雷达可快速地探测出障碍物的位置、速度、方位角等信息。（2）探测距离远毫米波频率较高，波束较窄，因此毫米波雷达的探测距离较远。一般毫米波雷达的探测距离为150～200m，有些甚至可达300m，可满足车辆高速行驶时对较远距离障碍物探测的需求。2.1.2毫米波雷达的特点（3）探测性能优异毫米波波长较短，不容易发生衍射和透射，且在遇到金属物体时极易发生反射，因此毫米波雷达可轻易地探测到道路上的车辆，且不受车辆颜色和温度的影响。（4）抗干扰能力强毫米波雷达的工作频段较高，而车辆在行驶时所受的噪声一般处于较低频段，因此噪声基本不影响毫米波雷达的正常工作。另外，毫米波雷达较大的带宽可保证其他信号接收设备正常工作而不会相互干扰，因此，毫米波雷达的抗干扰能力较强。2.1.2毫米波雷达的特点（5）环境适应能力强相较于光电雷达，毫米波雷达在大雨及轻微结霜的情况下仍可正常工作。并且，由于毫米波穿透能力强，因此毫米波雷达的探测精度受雨、雪、烟、雾等恶劣环境因素的影响较小。（6）易集成雷达天线的尺寸一般为波长的一半，毫米波波长较小，因此，毫米波雷达天线的尺寸也较小。2.1.2毫米波雷达的特点2．毫米波雷达的缺点毫米波在空气中传播时容易受到水蒸气、气体分子等粒子的影响，这些粒子会吸收或反射毫米波，从而造成较大的大气衰减。因此，毫米波雷达应在粒子对毫米波的衰减作用较小的频段附近工作。（1）大气衰减严重（2）存在探测盲区毫米波频率高，波束窄，覆盖区域呈扇形，因此毫米波雷达存在探测盲区。2.1.2毫米波雷达的特点毫米波雷达是通过接收被障碍物反射的毫米波来探测障碍物位置的，因此，当车辆处于充满杂波的环境中时，毫米波雷达会出现虚假报警的现象。（3）虚假报警（4）无法识别标识毫米波雷达无法识别交通标志、交通信号灯等。2.1.3毫米波雷达的分类1．按工作原理分类脉冲波式毫米波雷达可在很短的时间（一般为微秒级）内发射大功率的脉冲信号，利用脉冲信号控制天线向外发出高频毫米波，并通过分析发射信号与反射信号之间的时间差来计算障碍物与脉冲波式毫米波雷达之间的距离。脉冲信号如图所示。脉冲信号2.1.3毫米波雷达的分类脉冲波式毫米波雷达测距原理简单，但硬件结构复杂，成本较高。另外，在车辆高速行驶时，其回波信号容易受到周围建筑物、树木等的影响而发生衰减，从而降低脉冲波式毫米波雷达的测量精度。因此，脉冲波式毫米波雷达在车用领域应用较少。2.1.3毫米波雷达的分类FMCW毫米波雷达由毫米波发射器发射FMCW发射信号，由毫米波接收器接收障碍物的反射信号。利用多普勒效应，通过分析发射信号频率与反射信号频率之间的差值，可精确测量障碍物与FMCW毫米波雷达之间的相对距离、相对速度和方位角。FMCW信号如图所示。FMCW信号2.1.3毫米波雷达的分类对于静态障碍物，发射信号经障碍物反射后产生反射信号，反射信号与发射信号形状、频率相同，只是在发射和接收时间上存在差值。对于动态障碍物，由于FMCW毫米波雷达与障碍物之间存在相对运动，反射信号的频率会因多普勒效应而高于或低于发射信号的频率，此时反射信号与发射信号之间除存在时间差外，还存在多普勒频。FMCW毫米波雷达发射功率低、成本低、信号处理简单，因此应用较广泛。远距雷达（longrangeradar,LRR）032.1.3毫米波雷达的分类2．按探测距离分类按探测距离的不同，毫米波雷达可分为：近距雷达（shortrangeradar,SRR）01中距雷达（middlerangeradar,MRR）02SRR安装在车身四周，以实现倒车辅助等功能MRR安装在车身四角，以实现盲区监测、变道辅助等功能LRR一般安装在车辆前方和后方，以实现自适应巡航、自动紧急制动、车道偏离预警等功能。SRR、MRR、LRR都存在探测盲区，因此可安装超声波雷达用以辅助。2.1.3毫米波雷达的分类3．按安装位置分类角向毫米波雷达安装在车辆前、后部的两侧，以实现盲区监测、变道辅助、后方碰撞预警、开门预警等功能，如图所示。角向毫米波雷达的功能2.1.3毫米波雷达的分类前向毫米波雷达安装在车辆格栅和前保险杠上，以实现自适应巡航、自动紧急制动、车道偏离预警、智能泊车辅助、前向碰撞预警等功能，如图所示。前向毫米波雷达的功能2.1.3毫米波雷达的分类4．按工作频段分类按工作频段的不同，毫米波雷达可分为：24GHz频段毫米波雷达（工作频率在24GHz附近的毫米波雷达）77GHz频段毫米波雷达（工作频率在77GHz附近的毫米波雷达）79GHz频段毫米波雷达（工作频率在79GHz附近的毫米波雷达）主要用于近距离探测主要用于中远距离探测不足之处2.1.3毫米波雷达的分类1）24GHz频段毫米波雷达探测距离可达60m，主要用作角向毫米波雷达，用于监测车辆前后及两侧是否存在障碍物，可使车辆实现盲区监测、变道辅助、智能泊车辅助等功能。工作频率低、带宽小、探测距离近，如今已逐步被高频段毫米波雷达替代。2.1.3毫米波雷达的分类美国和欧洲大部分国家都已决定自2022年1月1日起停止使用24GHz的宽频段（21.65GHz～26.65GHz）毫米波雷达

我国工信部也规定自2022年3月1日起不再生产和进口24.25GHz～26.65GHz频段的毫米波雷达，但是24

GHz～24.25

GHz频段的毫米波雷达仍可正常使用。亮点之处2.1.3毫米波雷达的分类2）77GHz频段毫米波雷达

探测距离为100～250m，主要用作前向雷达，用于探测本车与前车的相对距离、相对速度和方位角，可使车辆实现自适应巡航、自动紧急制动、车道偏离预警、前向碰撞预警等功能。工作频率较高，带宽较大，可实现远距离探测并具有较高的距离分辨率，能探测到多个车辆、行人、自行车等，且设备体积较小，便于在车辆上安装。因此，77GHz频段毫米波雷达正逐步替代24GHz频段毫米波雷达而成为主流的毫米波雷达产品。特点2.1.3毫米波雷达的分类3）79GHz频段毫米波雷达

79GHz频段毫米波雷达探测距离可达200m。带宽非常大，因而具有较高的距离分辨率、较大的探测范围和较高的角分辨率，可使车辆实现盲区监测、变道辅助预警、前方交通穿行提示等功能。课堂讨论以小组为单位讨论如下问题：请开动脑筋，列举几个应用毫米波雷达的汽车实例，并讨论这些汽车分别用到了哪些类型的毫米波雷达。2.1.4毫米波雷达的组成毫米波雷达主要由天线、毫米波发射器、毫米波接收器、信号处理器等组成。其中，多根天线利用微带贴片天线技术贴在印制电路板（printedcircuitboard,PCB）上，毫米波发射器、毫米波接收器、信号处理器等集成到单片微波集成电路（monolithicmicrowaveintegratedcircuit,MMIC）上，如图所示。毫米波雷达PCB和MMIC2.1.4毫米波雷达的组成毫米波雷达通过天线向外发出毫米波，毫米波在接触到障碍物后发生反射，反射信号被毫米波接收器接收，信号处理器对发射和接收到的反射信号进行处理，得到车辆周围的环境信息，如车辆与周围物体之间的相对距离、相对速度、方位角等。2.1.4毫米波雷达的组成天线的工作原理天线是如何工作的？2.1.4毫米波雷达的组成2.1.4毫米波雷达的组成天线是毫米波雷达进行信号发射和接收的重要组成部分，主要负责将毫米波发射器输出的电信号转换为毫米波并向外界发射（发射天线），或将接收到的反射波转换为电信号并送至毫米波接收器中进行处理（接收天线）。1．天线2.1.4毫米波雷达的组成天线中用于发射电磁波的装置是半波振子，也称辐射器，是一根能在空间中激起电磁波的金属棒。电子流在半波振子中是以固定的光速振荡的因此，半波振子越长，电子流振荡一个周期所用的时间就越久，振荡频率就越低。由于毫米波频率很高，故半波振子的长度可设置得很短，因此毫米波雷达天线的尺寸通常较小。2.1.4毫米波雷达的组成点拨：01电子流在金属棒中来回反弹的过程称为电振荡02电子流从金属棒的一端振荡到另一端，再从另一端振荡回来所用的时间称为振荡周期03每秒的振荡周期数称为振荡频率04电子流从金属棒一端振荡到另一端的距离就是半个波长，即金属棒的长度，故该金属棒称为半波振子2.1.4毫米波雷达的组成电子流在半波振子上高频振荡，会在空间中激发出频率相同的电磁波并向四面八方随机发射，在遇到障碍物时这些电磁波也会从四面八方反射回来，这就无法判断障碍物的具体方位。以小组为单位讨论如下问题：如何判断障碍物的具体方位？2.1.4毫米波雷达的组成2.1.4毫米波雷达的组成要想判断障碍物的具体方位，就需要半波振子定向发射电磁波。反射器就是使半波振子定向发射电磁波的装置。毫米波雷达的反射器如图所示。毫米波雷达的反射器半波振子发出的电磁波先发射到反射器上，再从反射器反射出来，从而达到定向发射的目的。2.1.4毫米波雷达的组成反射器的大小与电磁波的波长有关，波长越短，反射器就可以越小，但反射器越小，其对电磁波的集聚作用也越小。为保证发射出的电磁波具有足够的方向性，通常将反射器设计得较大。例如，对于波长为10cm的微波雷达，其半波振子的长度为5cm，而只有当其反射器的直径达到9m时才可保证所发射的电磁波定向性较好。2.1.4毫米波雷达的组成因此，车载毫米波雷达通常采用其他途径来实现电磁波的定向发射。

例如，将几十上百个半波振子按一定规律排列起来，构成阵列天线，可达到收窄波束的目的，从而保证发射的电磁波具有较好的定向性，且半波振子数量越多，定向性越好。2.1.4毫米波雷达的组成毫米波发射器是毫米波雷达的核心部件之一，可为半波振子的高频率电振荡提供能量，从而驱动半波振子上的电子流按照一定的频率振荡，以达到向空间发射毫米波的目的。2．毫米波发射器毫米波发射器振荡器功率放大器用于产生发射信号用于将发射信号放大并输送到天线上2.1.4毫米波雷达的组成接收天线将接收到的电磁波转换为电信号，然后送至毫米波接收器。毫米波接收器对接收到的电信号进行放大、变频、滤波等操作，并将处理后的电信号送至信号处理器。3．毫米波接收器发射天线发出高频电磁波障碍物接收天线发生反射从远距离目标上反射回来的电磁波，其功率极其微小，再经天线转换并进入毫米波接收器后就更小了。2.1.4毫米波雷达的组成因此，需要将天线传来的微弱信号进行放大，这就需要低噪声放大器（简称低噪放）。低噪放是毫米波接收器的最先一级，一般位于非常靠近天线的部位，以减小电信号在传输线路上的损耗。低噪放可对电信号做无差别的放大，其性能将直接影响整个毫米波接收器接收信号的质量。2.1.4毫米波雷达的组成为提高信号处理效率、减少信息处理成本，毫米波接收器通常会通过混频器将被低噪放放大的高频反射信号与毫米波发射器发出的发射信号进行混合，再经过低通滤波器过滤掉高于截止频率的信号，最终得到一个中频信号。该中频信号的频率为发射信号和反射信号的频率差，相位为发射信号和反射信号的相位差。这种经混频器将两种信号混合，再通过低通滤波器得到中频信号的接收器称为超外差式毫米波接收器。2.1.4毫米波雷达的组成4．信号处理器信号处理器是毫米波雷达中最重要也是最复杂的部件之一，可对毫米波接收器传来的中频信号进行处理，利用多普勒效应解析出毫米波雷达与障碍物之间的相对距离、相对速度和方位角。信号处理器通常包括数字信号处理、目标检测、目标跟踪、成像等模块。2.1.4毫米波雷达的组成为保证毫米波雷达具有较小的体积，通常将毫米波雷达各组成部分集成到PCB和MMIC中。MMIC具有成本低、电路损耗低、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、抗电磁辐射能力强等优点。2.1.4毫米波雷达的应用毫米波雷达距离分辨率、角分辨率、速度分辨率均较高，且不受恶劣天气及极端光线干扰，广泛应用于自动紧急制动、自适应巡航控制、前向碰撞预警、盲区监测、倒车辅助、行人碰撞预警等场景，如图所示。自动紧急制动自适应巡航控制2.1.4毫米波雷达的应用前向碰撞预警盲区监测2.1.4毫米波雷达的应用倒车辅助行人碰撞预警实践操作——拆装毫米波雷达1．准备工作（1）实训场所：理实一体化实训室。（2）实训车辆：大众ID.4CROZZ纯电动汽车（简称大众ID.4），如图所示。拆装毫米波雷达大众ID.41．准备工作（3）工具：一字螺丝刀、隔离带、绝缘手套、绝缘垫、绝缘鞋、护目镜、拆装工具套装。（4）辅助资料：车辆维修手册、教材等。实践操作——拆装毫米波雷达2．操作步骤大众ID.4上的毫米波雷达仅1个，位于车辆前方正中保险杠的后方，如图所示。大众ID.4上毫米波雷达的所处位置实践操作——拆装毫米波雷达1）拆卸毫米波雷达（1）卸下毫米波雷达的固定螺栓（见图），将毫米波雷达从安装位置取出。卸下毫米波雷达的固定螺栓实践操作——拆装毫米波雷达（2）拆卸毫米波雷达线束连接器，如图所示。拆卸毫米波雷达线束连接器实践操作——拆装毫米波雷达实践操作——拆装毫米波雷达（3）使用一字螺丝刀将毫米波雷达从固定外壳中取出，如图所示。毫米波雷达固定外壳使用一字螺丝刀取出毫米波雷达实践操作——拆装毫米波雷达（4）观察毫米波雷达线束连接器及毫米波雷达的外观。①观察毫米波雷达线束连接器的外观及针脚，如图所示。毫米波雷达线束连接器的外观线束连接器的针脚实践操作——拆装毫米波雷达②观察毫米波雷达的外观，如图所示。毫米波雷达的正面毫米波雷达的背面实践操作——拆装毫米波雷达2）安装毫米波雷达（1）安装毫米波雷达线束连接器。①安装毫米波雷达的外壳，并将毫米波雷达的针脚插入毫米波雷达线束连接器，如图所示。将毫米波雷达的针脚插入毫米波雷达线束连接器实践操作——拆装毫米波雷达②按压毫米波雷达线束连接器的锁扣（见图），并检查毫米波雷达线束连接器是否固定牢靠。按压毫米波雷达线束连接器的锁扣实践操作——拆装毫米波雷达（2）将毫米波雷达对准安装位置，拧紧固定螺栓，如图所示。将毫米波雷达安装到指定位置实践操作——拆装毫米波雷达3）整理实训现场实训结束后，将车辆停至指定地点，整理实训现场。安装毫米波雷达有哪些安全要点？实践操作——毫米超声波雷达实践操作——毫米超声波雷达安装毫米波雷达时，务必注意以下几点：（1）毫米波雷达的支架不允许变形。（2）毫米波雷达前方不得有遮挡物。（3）检查胎压，如有必要则对轮胎进行充放气。（4）安装毫米波雷达时，车辆应保持水平，避免倾斜，并使用角度尺、重锤等工具保证毫米波雷达的水平角度、横摆角度和俯仰角度均小于0.5°。（5）安装时，尽量远离车载天线。课堂训练24GHz、77GHz和79GHz频段毫米波雷达的特点及功能？简述毫米波雷达天线发射毫米波的原理。课堂小结认识毫米波雷达毫米波概述毫米波雷达的特点毫米波雷达的分类毫米波雷达的组成毫米波雷达的应用任务2.2检修毫米波雷达任务引入小张新买了一辆某品牌汽车，该车具有车道偏离预警系统、自动紧急制动系统、自适应巡航控制系统等多种ADAS。点击跳过情境任务引入但是在新车使用不久后，车辆组合仪表显示自适应巡航控制系统故障（见图），于是小张便将车辆送至4S店维修。某车组合仪表显示的自适应巡航控制系统故障信息点击跳过情境任务引入维修人员检查后发现是毫米波雷达出现故障，换装新的毫米波雷达后故障消失。点击跳过情境任务引入以小组为单位讨论如下问题：小张车内的毫米波雷达哪里出现了故障？2.2.1毫米波雷达的探测原理毫米波雷达首先通过天线向外发出毫米波，毫米波在接触到障碍物后发生反射，形成反射波并再次被天线接收毫米波接收器接收反射信号并对其进行放大、变频、滤波等处理最后由信号处理器对其进行分析，以获得车辆周围的环境信息（如障碍物的位置、速度、方位角等）2.2.1毫米波雷达的探测原理信号处理器也会根据所得信息对障碍物进行识别、追踪，并结合车辆的动态信息，实现对车辆的智能控制。例如，以声音、影像、振动等方式警示驾驶员，或对车辆进行主动干预，从而提高驾驶的安全性和舒适性。2.2.1毫米波雷达的探测原理不同的毫米波雷达其探测原理不同。01脉冲波式毫米波雷达在测量其与近距离障碍物之间的距离时，发射信号和反射信号之间的时间差极小，这就要求信号处理器具有较好的性能。另外，为保证发射信号不对反射信号造成干扰，通常会使脉冲波式毫米波雷达的发射天线和接收天线不同时工作，并采用合适的装置隔离发射信号，故脉冲波式毫米波雷达的结构通常较为复杂。因此，脉冲波式毫米波雷达在汽车领域应用较少。2.2.1毫米波雷达的探测原理02FMCW毫米波雷达是利用多普勒效应来测距、测速、测角度的，对信号处理器的要求较低，在汽车领域应用较多。下面以FMCW毫米波雷达为例，分析毫米波雷达的探测原理。2.2.1毫米波雷达的探测原理1．多普勒效应多普勒效应是指当声波、电磁波等的波源与观测者之间存在相对运动时，观测者所接收到的波的频率与波源实际发出的波的频率不同的现象，如图所示。

多普勒效应2.2.1毫米波雷达的探测原理蓝移红移当波源与观测者相互靠近时，波被压缩，波长变短、频率变高当波源与观测者相互远离时，波长变长、频率变低2.2.1毫米波雷达的探测原理2．多普勒测距原理FMCW毫米波雷达会发射出一系列调频连续波，该波的频率可随时间按调制电压的变化规律连续变化。常用的调频连续波有正弦波、三角波、锯齿波等。当以三角波或锯齿波为调频连续波时，该毫米波也称线性调频连续波（linearfrequencymodulatedcontinuouswave,LFMCW）。2.2.1毫米波雷达的探测原理LFMCW毫米波雷达的毫米波发射器会发射一个频率随时间规律变化的电磁波。电磁波从发射到接收之间的时间差即时延，障碍物距离越远，时延越大。反射波被转换为反射信号并经过放大、混频处理后，会得到一个中频信号。对该中频信号进行分析，可得到障碍物的位置、速度、方位角等信息。2.2.1毫米波雷达的探测原理如图所示为LFMCW毫米波雷达的多普勒测距原理，图中上部图像为发射信号与反射信号的对比，下部图像为发射信号与反射信号混频后得到的中频信号。

LFMCW毫米波雷达的多普勒测距原理2.2.1毫米波雷达的探测原理由相对运动的物体反射回来的反射信号与由相对静止的物体反射回来反射信号之间的频率差值称为多普勒频率，用表示。中频信号的频率为由相对静止的物体反射回来反射信号与发射信号之间的频率差值，可表示为：（2-1）（2-2）（2-3）2.2.1毫米波雷达的探测原理由于发射信号的频率随时间线性上升，因此根据反射信号的时延并利用三角函数的关系式可得：（2-4）式中：——调频带宽——时延——周期

根据距离公式，毫米波雷达与障碍物之间的距离为：（2-5）式中：——光速2.2.1毫米波雷达的探测原理将式（2-5）带入式（2-4）可得：（2-6）即（2-7）因此，毫米波雷达与障碍物之间的距离为（2-8）2.2.1毫米波雷达的探测原理3．多普勒测速原理多普勒效应所形成的多普勒频率与障碍物和毫米波雷达之间的相对速度v成正比，与毫米波的波长成反比，即（2-9）式中：——发射信号的频率当车辆向障碍物方向行驶时，若车辆加速，则多普勒频率升高，反之则多普勒频率降低。因此，根据多普勒频率的变化，可计算出障碍物与车辆之间的相对速度。2.2.1毫米波雷达的探测原理毫米波雷达是通过处理由多根接收天线所接收到的信号的时延来测量障碍物方位角的。由同一障碍物反射的反射波，多根并列的接收天线所接收到的反射波的相位会有所不同，利用反射波的相位差即可计算出障碍物与毫米波雷达之间的方位角。多普勒测角度原理如图所示，毫米波雷达发射天线TX向障碍物发射毫米波，两根接收天线RX1和RX2会接收到被障碍物反射回来的相位不同的反射波。多普勒测角度原理2.2.1毫米波雷达的探测原理根据两根天线之间的距离d,以及各自所接收到的反射波之间的相位差b,利用三角函数即可计算出障碍物的方位角,即（2-10）(2)距离分辨率2.2.2毫米波雷达的技术参数1．与距离相关的技术参数(1)最大探测距离即毫米波雷达所能探测到的障碍物的最大距。不同毫米波雷达的最大探测距离不同。通常，近距雷达的最大探测距离通常为60m，中远距雷达的最大探测距离通常为250m。(3)距离测量精度即多个障碍物能被毫米波雷达分辨出来的最小距离，主要由信号带宽的大小决定。通常，带宽越大，毫米波雷达能分辨障碍物的最小距离就越小，距离分辨率就越高。即测距精度，是指毫米波雷达测量单个障碍物距离时的准确度，其值由毫米波雷达信噪比的大小决定。2.2.2毫米波雷达的技术参数2．与速度相关的技术参数

（1）最大探测速度即毫米波雷达所能探测到的障碍物的最大速度（2）速度分辨率即毫米波雷达区分在同一位置以不同速度移动的多个物体的能力

（3）速度测量精度即毫米波雷达测量单个障碍物速度时的准确度，其值由毫米波雷达信噪比的大小决定2.2.2毫米波雷达的技术参数3．与角度相关的技术参数（1）视场角即毫米波雷达所能探测到的角度范围，分为水平视场角和垂直视场角。（2）角分辨率即毫米波雷达在角度维度上区分相同距离、相同速度的障碍物的能力。一般情况下，毫米波雷达的角分辨率较低，但距离分辨率和速度分辨率较高，因此毫米波雷达在距离和速度维度上就可将不同障碍物区分开。2.2.2毫米波雷达的技术参数（3）角度测量精度即毫米波雷达测量单个障碍物角度时的准确度，其值由毫米波雷达信噪比的大小决定。（4）角度灵敏度即单个障碍物的角度发生变化时毫米波雷达可探测到的障碍物的最小绝对变化角。2.2.3毫米波雷达的检修1．毫米波雷达常见故障的类型毫米波雷达常见故障的类型1.2.3超声波雷达的检修原因一般为：①供电异常②电路故障，如短路、虚接、断路等③毫米波雷达自身故障，如内部部件损坏等④毫米波雷达与显示系统之间的通信故障⑤毫米波雷达软件故障。1）毫米波雷达不工作2．毫米波雷达常见故障的检修方法1.2.3超声波雷达的检修对于此类故障，可先检查毫米波雷达的电源电压，确认电源电压是否正常；再检查毫米波雷达相关线束，看是否有线束连接松动、线束破损及电阻值异常等问题。若检查确认无异常检查毫米波雷达与显示系统之间的通信。检查毫米波雷达相关软件运行是否正常，直至找出故障点并对故障点进行相应的维修。若通信正常1.2.3超声波雷达的检修若毫米波雷达能正常工作，但数据不准确，则故障原因一般为：①毫米波雷达安装故障②毫米波雷达校正不当③毫米波雷达控制器故障2）毫米波雷达工作但数据不准确1.2.3超声波雷达的检修对于此类故障，可首先检查毫米波雷达的安装情况，看是否有松动、移位等问题；并检查毫米波雷达表面，看是否有脏污。然后对毫米波雷达进行安装校正。最后检查毫米波雷达相关软件运行是否正常，直至找出故障点并对故障点进行相应的维修。1.2.3超声波雷达的检修毫米波雷达一般具有自检功能，可自行进行故障诊断，并判断故障发生的部位与原因，生成相应的故障码。在检修毫米波雷达时，可利用故障诊断仪读取集成式底盘管理控制模块的故障码，根据故障码进行相应的维修。1.2.3超声波雷达的检修3．影响毫米波雷达正常工作的因素（1）毫米波雷达表面有污物若毫米波雷达表面有冰、雪、污泥、清洁剂残留物等污物，则毫米波雷达无法正常工作。（2）毫米波雷达安装部位有其他遮挡毫米波雷达的视场角受加装件、车牌架装饰框和保险杠的影响。若自行更换毫米波雷达安装部位周边区域的部件，则可能导致毫米波雷达探测不准确，甚至导致毫米波雷达无法工作。1.2.3超声波雷达的检修3．影响毫米波雷达正常工作的因素（3）毫米波雷达信号受到外部干扰不同的车辆所使用的毫米波雷达的品牌与型号可能不同，当这些车辆相互靠近时，毫米波雷达的信号可能会相互干扰，此时毫米波雷达会停止工作，生成相应的故障码。当所受干扰消失后，驾驶员可重新启用毫米波雷达，因此该故障不需要维修。1.2.3超声波雷达的检修（4）电源电压过低或过高、毫米波雷达内部温度过高毫米波雷达会因电源电压过低或过高，以及毫米波雷达内部温度过高，而出现临时故障。当出现该故障时，可根据车辆内部的检测程序判断是否更换毫米波雷达。1.2.3超声波雷达的检修（5）外界温度过低若外界温度过低（低于），则毫米波雷达可能会停止工作，此时可能无法激活毫米波雷达的相关功能。（6）车辆保险杠变形或毫米波雷达挡板有刮痕若车辆保险杠变形或毫米波雷达挡板有刮痕，则毫米波雷达的性能会受到影响。科技前沿——4D成像毫米波雷达4D毫米波雷达4D成像毫米波雷达与传统毫米波雷达相比增加了哪些功能？科技前沿——4D成像毫米波雷达实践操作——检修毫米波雷达1．准备工作（1）实训场所：理实一体化实训室。（2）实训车辆：大众ID.4。（3）工具：故障诊断仪、万用表、隔离带、绝缘手套、绝缘垫、绝缘鞋、护目镜、拆装工具套装。（4）辅助资料：车辆维修手册、教材等。检修毫米波雷达实践操作——检修毫米波雷达2．操作步骤1）确认故障现象启动车辆，观察组合仪表显示情况，发现组合仪表显示“车道保持辅助系统不可用”“车前测距监控系统不可用”，并伴有报警提示声，如图所示。车道保持辅助系统不可用车前测距监控系统不可用实践操作——检修毫米波雷达2）读取故障码连接故障诊断仪，选择数据总线诊断接口，读取故障码，如图所示。（a）选择数据总线诊断接口（b）选择故障码（c）故障码

读取故障码实践操作——检修毫米波雷达结果显示ACC系统控制单元以太网无通信，故障原因可能为：①毫米波雷达线束连接松动、线束破损等；②毫米波雷达故障。实践操作——检修毫米波雷达3）检查毫米波雷达线束连接