汽车智能传感器装调与测试课件：毫米波雷达部件与系统测试

汽车智能传感器装调与测试

毫米波雷达部件与系统测试

提出问题毫米波雷达有哪几部分组成？

毫米波雷达工作原理是什么？

毫米波雷达如何进行检测？场景某国产自主品牌汽车试制车间人物车间班组长王师傅、实习试制装调技师小刘情节小刘完成了毫米波雷达的装调和标定，终于到开启智能网联汽车“战斗机技术”的时刻。王师傅指导小刘，先熟悉如何测试一个毫米波雷达部件，再进行装车后系统级别的测试。小刘现在跃跃欲试，如果你是小刘，你将如何开始工作呢？任务导入➢能根据装调手册熟练连接设备和操作主机，规范完成毫米波雷达部件测试。➢能根据装调手册规范布置测试环境，完成整车级别的毫米波雷达测试。任务目标毫米波雷达主要由➢上盖(雷达天线罩

)➢

下壳体➢电路板(PCB)➢固定支架组成其中，电路板上有雷达的发射天线和接收天线。任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达结构组成知识学习➢微波集成电路采用平面技术，将元器件、传输线、互连线直接制作在砷化镓半导体基片。➢集成电路包括多种功能电路，如低噪声放大器 (LNA)、功率放大器、混频器、上变频器、检波器、调制器、压控振荡器(VCO)、移相器、

开关、收发前端，以及整个发射/接收(T/R)组件(收发系统)。任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达结构组成知识学习➢电路中数据处理部分的基本目标是消除不必要的信号(如杂波)和干扰信号，处理经中频放大的混频信号，从信号频谱中提取目标距离、速度等信息。电路具有损耗小、噪声低、频带宽、动态范围大、功率大、附加效率高、抗电磁辐射能力强等特点。任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达结构组成知识学习➢雷达天线及其芯片电路是毫米波雷达的硬件核心。➢天线包括发射天线和接收天线，

分别发射和接收毫米波。➢毫米波雷达波长为几毫米，由于天线尺寸和波长相当，所以毫米波雷达的天线可以很小，从而可以使用多根天线来构成阵列天线，达到窄波束的目的，随着收发天线个数的增多，这个波束可以很窄。任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达结构组成知识学习➢由于波长很短，毫米波雷达可以使用一种微带贴片天线，在印刷电路板上铺几个开路的微带线，就能做天线。➢毫米波雷达天线的主流方案是微带阵列，即将高频印刷电路集成在普通的印刷电路上实现天线的功能，

需要在较小的集成空间中保持天线足够的信号强度。➢雷达天线及其芯片电路的收发芯片通常使用一种特殊的半导体，如硅锗双极晶体管。任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达结构组成知识学习➢毫米波雷达在工作状态时，发射机生成射频电信号，通过天线将电信号(电能)

转化为电磁波发出。➢雷达接收天线接收到射频信号后，将射频电信号转换为低频信号，再由信号处理器从信号中抽取距离、速度和角度等信息形成完整的工作回路。➢毫米波雷达信号收发与数据处理部件功能及其工作过程如图所示。任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达部件功能知识学习➢毫米波雷达的外壳，一般需要同时具备电磁屏蔽和散热两种功能。在现有技术中，一种毫米波雷达的外壳是使用金属材质的零件作为外壳，这种毫米波雷达的外壳的优点在于电磁屏蔽和散热性能好，但缺点在于零件成本较高。任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达部件功能知识学习➢另一种毫米波雷达的外壳是使用塑料材质的零件作为外壳，内部放置一个金属零件做屏蔽或散热，由于是两个零件，因此需要多一步组装工序，导致制造成本较高，且采用塑料材质的零件作为外壳导致散热性能下降任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达部件功能知识学习➢毫米波雷达部件测试主要通过将雷达与调试笔记本电脑连接，专门针对毫米波雷达零部件本体进行单独测试，用以进行安装前部件功能检查，或者系统出现故障时进行故障排除使用。为了验证毫米波雷达的探测功能，一般还会同时连接一个视觉传感器，将摄像头拍摄画面与雷达探测结果进行对比。任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达部件测试方法知识学习➢毫米波雷达测试主要分为部件准备、测试工具准备、设备连接、软件安装与雷达启动、部件测试与参数设置共五个步骤，如图所示。任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达部件测试方法知识学习2.准备测试工具：笔记本电脑(测试主机)、摄像头、CAN分析仪、外接电源,CAN分析仪用于读取毫

米波雷达探测数据。任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达部件测试方法1.准备毫米波雷达部件与连接线束。知识学习3.连接毫米波雷达与线束，注意不得将线束插接头接反，造成针脚损坏。4.连接CAN分析仪与笔记本电脑。5.连接CAN分析仪与毫米波雷达线束。一般线束的蓝线(CAN-高)、黄线(CAN-低)连接毫米波雷达与外接电源。连接笔记本电脑与摄像头。6.连接完毕后的系统右图所示。任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达部件测试方法知识学习7..软件安装与雷达启动打开并查看雷达调试软件，右图中，左侧为毫米波雷达探测界面，右侧上方为摄像头拍摄画面。任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达部件测试方法知识学习8.对比毫米波雷达探测结果与摄像头拍摄画面，验证毫米波雷达是否工作正常9.根据探测结果，对雷达进行设置，例如配置雷达最大检测距离(最大工作距离)

等参数。最大探测距离参数是选择雷达的纵向检测距离大小，在检测范围内进行选择。任务实施

毫米波雷达部件测试毫米波雷达部件测试方法知识学习分组方法：报数法每位同学1到5报数，报数相同的同学分为一组，每一组同学报的数为该组的组别5人一组。￭组内推选出组长。5分任务实施技能操作￭

每分组/选组长

毫米波雷达部件测试分工与计划制定分组选组长操作准备组长操作准备组员1组员4组员3组员2钟操作准备分工注意事项•一名小组成员连接设

备•一名小组成员查看笔

记本电脑，对比毫米

波雷达探测结果与摄

像头拍摄画面•一人监督，一人整理，

一人记录组内分工5分毫米波雷达部件测试操作准备任务实施技能操作协助与

信息查询监督与管理记录操作操作钟5分任务实施分组/选组长毫米波雷达部件测试技能操作

毫米波雷达部件测试操作准备-制定计划工作

流程工

作

目

标分工与计划制定操作准备工具

准备场地

整理工作

总结资料

查询任务

实施钟任务实施技能操作•注意不得将线束插接头接

反，造成针脚损坏。•记录雷达相关参数5分

各小组推派代表

汇报计划制定情况汇

报

计

划毫米波雷达部件测试操作准备操作准备提示钟•毫米波雷达、连接线束、摄像头、CAN

分析仪、毫米波雷达外接电源操作准备分组/选组长•智能传感器实训平台或测试主机笔记本电脑个人防护准备

资料/手册准备分组/选组长分工与计划制定•车辆装调手册•手套5分任务实施技能操作

毫米波雷达部件测试工具

准备场地准备钟•小心雷达碰撞•合理规划时间•保持雷达表面清洁•保持设备清洁•远离高射频设备操作准备分组/选组长实操时间40

分钟(组长把控工作进度)分工与计划制定将任务实施过程按要求填写记录在工作页表格中。任务实施分组/选组长实训

技能操作

毫米波雷达部件测试学习要求！操作注意事项安全提示➢生活中当一辆消防车迎面驶来的时候，消

防车警笛声比原来高；而消防车车离去时，警笛声的音高比原来低。这种现象就是多普勒效应(Doppler

Effect)，如图所示。➢多普勒效应是指当声音、光和无线电波等

振动源与观测者以相对速度v运动时，观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有不同，即当发射的电磁波和被探测目标有相对移动，回波的频率会和发射波的频率不同。物体辐射的波长因为波源和观测者的相对运动而产生变化。任务实施

毫米波雷达系统测试多普勒效应知识学习➢在运动的波源前面，波被压缩，波长变得较短，频率变得较高，即当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射信号频率；在运动的波源后面时，波长变得较长，频率变得较低，波源的速度越高，所产生的效应越大，即当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射信号频率。因此根据波移的程度，可以计算出波源循着观测方向运动的速度。任务实施

毫米波雷达系统测试多普勒效应知识学习➢毫米波雷达根据发射波的调制方式有调频连续波(FMCW)、脉冲波(脉冲多普勒雷达)和ESR式。调频连续波雷达系统利用多普勒频移原理来测距测速，对处理器要求较低，因此，大部分应用场合均采用调频连续波雷达。任务实施

毫米波雷达系统测试毫米波雷达探测原理知识学习➢脉冲雷达系统在测量近距离目标时，发射和接收脉冲之间的时间差极小，通常达到纳秒级，要求处理器的运行频率很高，所以实际工程中较少采用。任务实施

毫米波雷达系统测试毫米波雷达探测原理知识学习➢处理器要求较低➢适用性强➢广泛应用➢处理器的要求较高➢精度高➢成本高➢应用较少调频连续波(FMCW)脉冲波(脉冲多普勒雷达)任务实施

毫米波雷达系统测试毫米波雷达探测原理知识学习(1)测距原理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，以应用FMCW调制的毫米波雷达为例，测距原理如图。任务实施

毫米波雷达系统测试毫米波雷达探测原理知识学习td=2R/c其中R是振荡器与障碍物的距离，C是电磁波传播速度，在自由空间传播时等于光速。通过时延td就可以计算出雷达与障碍物的距离R。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。振荡器产生一个频率随时间逐渐增加的信号，信号遇到障碍物反弹被接收，障碍物越远，回波收到的时间就越晚，td就越大。毫米波雷达探测原理测距公式任务实施

毫米波雷达系统测试知识学习➢多普勒效应所形成的频率变化称为多普勒频移(差拍频率)，它与相对速度v成正比，与振动的频率成反比。通过检测这个频率差，可以测得目标相对于雷达的移动速度，也就是目标与雷达的相对速度。任务实施毫米波雷达探测原理(2)测速原理

毫米波雷达系统测试知识学习➢根据多普勒效应，毫米波雷达的频率变化、本车及跟踪目标的相对速度是紧密相关的，根据反射回来的毫米波频率的变化，可以得知前方实时跟踪的障碍物目标和本车相比的相对运动速度。因此，表现出来就是，传感器发出安全距离报警时，若本车继续加速、或前监测目标减速、或前监测目标静止的情况下，毫米波反射回波的频率将会越来越高，反之则频率越来任务实施

毫米波雷达系统测试毫米波雷达探测原理知识学习越低。(3)测量方位角原理➢测量障碍物的角度是通过多个接收天线收到的信号时延来实现。多普勒测角原理如图所示，振荡器TX为发射源，频率为f0，发射波遇到目标返回，回波频移为fb并分别被两个接收天线RX1、RX2收到。由于回波的路径不同，RX1、RX2的

回波信号有时间差，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。任务实施

毫米波雷达系统测试毫米波雷达探测原理知识学习(3)毫米波雷达目标识别流程➢毫米波雷达的目标识别流程是通过分析回波特征信息，采用数学手段通过各种特征空间变换来抽取目标的特性参数，如大小、材质、形状等，并将抽取的特性参数与已建立的数据库中的目标特征参数进行比较、辨别和分类，如图所示。任务实施

毫米波雷达系统测试毫米波雷达探测原理知识学习➢特征信息提取是利用发射源与目标处于相对静止状态时的中频信号可以进行目标特征信息的提取，以有效进行目标识别。特征空间变换是利用梅林变换、沃尔什变换、马氏距离线性变换等正交变换方法，解除不同目标特征间的相关性，加强不同目标特征间的可分离性，最终剔除冗余特征，达到减少计算量的目的。任务实施

毫米波雷达系统测试毫米波雷达探测原理知识学习➢识别算法主要有空目标去除、无效目标去除和静止目标去除。目标特征库的建立有三种方法:通过实际试验数据建立，通过半实物仿真数据建立，通过虚拟仿真数据建立。识别结果输出指把识别结果输出到有关的控制系统中，完成相应的控制功能。任务实施

毫米波雷达系统测试毫米波雷达探测原理知识学习操作准备分工注意事项•小组成员轮流讲述

多普勒效应•二名小组成员操作

电脑测试样车使用

毫米波雷达实现的

ADAS功能•一人监督，一人记

录组内分工5分毫米波雷达系统测试操作准备任务实施技能操作协助与

信息查询监督与管理记录操作操作钟5分任务实施分组/选组长毫米波雷达标定技能操作

毫米波雷达系统测试操作准备-制定计划工作

流程工

作

目

标分工与计划制定操作准备工具

准备场地

整理工作

总结资料

查询任务

实施钟任务实施技能操作5分

•正确口头复述多普勒效应严格•正确记录雷达信息各小组推派代表

汇报计划制定情况汇

报

计

划毫米波雷达系统测试操作准备操作准备提示钟•毫米波雷达操作准备分组/选组长•智能传感器实训平台或智能网联汽车个人防护准备

资料/手册准备分组/选组长分工与计划制定•车辆装调手册•防静电手套5分任务实施技能操作

毫米波雷达系统测试工具

准备场地准备钟•小心雷达碰撞•合理规划时间•保持雷达表面清洁•保持设备清洁•远离高射频设备分组/选组长操作准备实操时间40

分钟(组长把控工作进度)分工与计划制定将任务实施过程按要求填写记录在工作页表格中。任务实施分组/选组长实训

技能操作

毫米波雷达部件测试学习要求！操作注意事项安全提示自检•口头复述多普勒效应是否正确•雷达标号与装调手