汽车环境感知部件装调与标定课件 项目3：毫米波雷达的装调与故障诊断

毫米波雷达的工作原理主讲老师：XXX项目3：毫米波雷达的装调与故障诊断01学习情境LearningSituation02学习目标LearningObjectives03资料收集DataCollection06课堂总结Summary目录05课堂练习Afterclasstraining04思政专栏IdeologicalandPoliticalColumn学习情境LearningSituationPART01学习情境一位客户在看完某款新车的发布会之后，对前方碰撞预警这一功能比较感兴趣，来到你们公司想要购买一辆具有前方碰撞预警功能的车辆，这时经理安排你向客户介绍前方碰撞预警这一功能需要用到的雷达--毫米波雷达，让客户能够了解毫米波雷达的工作原理和功能。汽车毫米波雷达学习目标LearningObjectivesPART02学习目标素养目标1.

强调毫米波雷达技术精进背后的持续探索和精益求精的态度，鼓励学生在专业领域深入钻研，追求卓越；2.

结合毫米波雷达技术的发展趋势，如4D毫米波雷达的研究，鼓励学生培养创新思维，不断探索新技术的应用可能性。1.能阐述毫米波雷达的定义和系统组成；2.能总结毫米波雷达的优缺点；3.能区分毫米波雷达的类型；4.能阐述毫米波雷达的工作原理；5.能辨别毫米波雷达的技术参数，并举例说明具体的含义。知识目标资料收集DataCollectionPART03一、毫米波雷达概述毫米波是指波长为毫米级别的电磁波，波长在1~10mm之间，对应的频段为30~300GHz。1.毫米波的定义毫米波的频率界限图毫米波一、毫米波雷达概述毫米波雷达是工作在毫米波频段的雷达。2.毫米波雷达的定义电磁波的频段与毫米波雷达产品一、毫米波雷达概述毫米波雷达由天线发射毫米波信号，通过接收被测物体反射回来的信号，根据是否产生回波，进行物体的检测，并计算出雷达与目标的相对速度、距离以及角度。2.毫米波雷达的定义毫米波雷达外观二、毫米波雷达的分类毫米波雷达类型可以按照探测距离、工作频段和工作原理来分类。探测距离A工作频段工作原理BC二、毫米波雷达的分类毫米波雷达按探测距离可分为近距离（SRR）、中距离（MRR）和远距离（LRR）毫米波雷达。为了满足不同距离范围的探测需要，一辆汽车上会安装多颗短距离、中距离和长距离毫米波雷达。1.按探测距离分类三种毫米波雷达的探测距离二、毫米波雷达的分类不同类型毫米波雷达对应的具体参数见下表。1.按探测距离分类毫米波雷达类型探测距离（m）水平视场角（°）安装位置具体应用SRR＜50＞80车身周围停车辅助、十字交通报警MRR＜10060车身四个边角盲区监测、变道辅助LRR＜250＜20车辆前方和后方自适应巡航、自动紧急制动、车道偏离预警二、毫米波雷达的分类按照工作频段划分，毫米波雷达可以分为24GHz、60GHz、77GHz、79GHz毫米波雷达。其中，应用最广泛的有24GHz和77GHz毫米波雷达。2.按工作频段分类77GHz24GHz两类毫米波雷达检测距离示意图二、毫米波雷达的分类24GHz和77GHz毫米波雷达的对比见下表。在测速、测距、测方位角性能方面上，77GHz毫米波雷达都比24GHz更强，所以77GHz毫米波雷达逐渐成为主流。2.按工作频段分类雷达频段探测范围体积距离分辨率速度分辨率安装位置主要应用24GHz中短距离（60米以内）、探测角度大大低低车辆前部和后部两侧侧向探测，称为角雷达77GHz长距离（100~250米）、探测距离远小高高车辆的格栅和前保险杠上前向探测，称为前雷达二、毫米波雷达的分类按照辐射电磁波方式划分，可以分为脉冲式毫米波雷达与调频连续波毫米波雷达两类。两种体制毫米波雷达电磁波辐射能量简图如下。3.按电磁波分类电磁波的频段与毫米波雷达产品二、毫米波雷达的分类两种工作体制毫米波雷达的优势和劣势见下表。3.按电磁波分类电磁波辐射方式脉冲式毫米波雷达调频连续波毫米波雷达（FMCW）优势测量方法简单，精度较高；技术成熟。可多目标探测，距离与速度探测；可目标连续跟踪，系统敏感性高且误报率低；测量距离远，分辨率高；技术成熟，成本低。劣势结构要求复杂，成本高；高分辨率占用带宽大；作用距离有限。后端信号处理复杂线性调频度获得难度大。三、毫米波雷达的组成对于汽车应用来说，毫米波雷达系统包括天线、射频组件、信号处理模块以及控制电路等部件，其中天线和射频组件是最核心的硬件部分。毫米波雷达系统的组成三、毫米波雷达的组成天线同时具备发射和接收毫米波功能，是毫米波雷达的重要部件，体积小，常被阵列集成在PCB板上。1.天线天线三、毫米波雷达的组成射频组件负责毫米波信号的调制、发射、接收以及解调。目前主流的毫米波雷达射频组件集成方式是将射频组件集成为单片微波集成电路（MMIC）。2.射频组件MMIC示意图三、毫米波雷达的组成信号处理模块通过嵌入不同的信号处理算法，提取从前端采集得到的中频信号，获取特定类型的目标信息。3.信号处理模块信号处理算法分类和跟踪算法测量算法波束形成算法信号检测三、毫米波雷达的组成控制电路根据信号处理器获得的目标信息，结合毫米波雷达终端信息进行数据融合，最终通过主处理器进行智能处理，对毫米波雷达终端前方出现的障碍物进行分析判断，迅速作出处理和发出指令，及时传输给报警显示系统和制动执行系统。4.控制电路信号处理器目标信息主处理器车身动态信息报警显示系统和制动执行系统发出指令四、毫米波雷达的工作原理毫米波雷达三个基础的系统功能为距离测量、速度测量和角度测量。距离测量A速度测量角度测量BC四、毫米波雷达的工作原理通过发射脉冲信号与接收脉冲信号之间的时间差来计算目标距离。1.距离测量原理（1）基于TOF原理测距TOF测距原理四、毫米波雷达的工作原理通过比较任意时刻回波信号频率与此时刻发射信号的频率的差值来得到目标的距离信息，在探测多个物体时，距离和中频信号是成映射关系的。IF值越大，物体距离毫米波雷达越远。1.距离测量原理（2）基于FMCW原理测距FMCW测距原理X轴：时间轴Y轴：频率轴TXchirp：发射出去的脉冲RXchirp：接收到的脉冲。Tc：调制周期Sτ：差频（接收波形与发射波形的偏移）；Τ：发射信号与接收信号的时间间隔IFsignal：差值信号四、毫米波雷达的工作原理毫米波雷达通过多普勒效应计算接收与发送信号的频率的变化来实现测速。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；反之，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。测速精度数据取决于信噪比（衡量雷达接收信号质量的单位）。信噪比的高低，是衡量毫米波雷达的目标检测性能优劣的根本参数。2.速度测量原理调频式毫米波雷达测速原理四、毫米波雷达的工作原理毫米波雷达通过并列的接收天线（至少需要两组接收天线），接收到同一目标物体反射回来的电磁波，并计算发射信号与接收信号的相位差，最后通过三角函数计算得到方位角。两组接收天线的位置及之间的距离是已知的。计算出物体与两组接收天线的距离后，即可确定物体的方位角。3.方位角测量原理调频式毫米波雷达方位角原理d：接收天线Rx1和接收天线Rx2之间的几何距离五、毫米波雷达的优缺点1.毫米波雷达的优点五、毫米波雷达的优缺点2.毫米波雷达的缺点六、4D毫米波雷达1.4D毫米波雷达的定义4D是指距离、速度、水平角度和垂直高度。相比于传统毫米波雷达二维水平坐标信息（距离、方位角）及相对速度，4D毫米波雷达增加了纵向天线及处理器，可实现对物体高度的探测，提供更高密度、高分辨率的点云信息。4D成像毫米波雷达六、4D毫米波雷达2.4D毫米波雷达的特点序号特点描述1分辨率高4D毫米波雷达通过高倍数虚拟MIMO等方式，可实现更高密度的点云成像，可探测到轮胎碎片等较小目标，降低漏报、误报率。例如大陆集团的ARS540的水平分辨率达1°，是传统毫米波雷达的5倍。2探测范围广4D毫米波雷达通过算法、多芯片级联等方式，能在维持高视场角的同时，实现更远探测距离。3高度信息感知4D毫米波雷达具备纵向高度感知能力，可解析静态障碍物的轮廓等信息并进行分类，能更加有效地避免“误刹”和“漏刹”。七、毫米波雷达的技术参数最大探距离视场角测量分辨率测量精度最大探测目标数0102040305最大探测距离视场角测量精度测量分辨率最大探测目标数七、毫米波雷达的技术参数最大探测距离：指毫米波雷达所探测目标的最大距离。1.最大探测距离最大探测距离七、毫米波雷达的技术参数视场角：指毫米波雷达能够探测的角度范围（扫描扇形角度）。分为水平视场角和垂直视场角。θ：垂直视场角。2.视场角视场角七、毫米波雷达的技术参数角度分辨率3表示毫米波雷达可以分辨并显示两个角度非常接近的目标的能力。距离分辨率1表示毫米波雷达可以分辨并显示两个距离非常接近的目标的能力。速度分辨率2表示毫米波雷达可以分辨并显示两个速度非常接近的目标的能力。3.测量分辨率七、毫米波雷达的技术参数4.测量精度角度精度3指测量单个目标时，目标角度的测量值与真实值的差值。距离精度1指测量单个目标时，目标距离的测量值与真实值的差值。速度精度2指测量单个目标时，目标速度的测量值与真实值的差值。七、毫米波雷达的技术参数5.最大探测目标最大探测目标最大探测目标：指毫米波雷达在探测过程中可同时探测目标的最大数目。思政专栏PART04IdeologicalandPoliticalColumn思政专栏4D毫米波雷达是智能驾驶关键核心技术，具有高分辨率、高精度、抗干扰能力强、全天候工作等优势，广泛应用于车辆安全辅助系统。国产车企在智能驾驶领域取得显著成就，如比亚迪、蔚来等品牌在新能源汽车和智能驾驶技术上不断突破。科研人员在研发过程中展现出无私奉献和爱国情怀，推动了技术发展。国产车企在国际上竞争力增强，如比亚迪销量超过特斯拉，为全球汽车产业转型和低碳发展贡献力量。4D毫米波雷达技术的发展彰显了爱国主义精神，激励我们传承和弘扬这种精神，为实现中华民族伟大复兴贡献力量。爱国主义精神：4D毫米波雷达——国产车企崛起的科技基石与爱国情怀4D毫米波雷达课后练习AfterclasstrainingPART05课后练习（1）毫米波雷达波长频率在（

）。A.10GHz~200GHzB.20GHz~300GHzC.30GHz~300GHzD.30GHz~400GHz（2）4D毫米波雷达相比传统毫米波雷达，具有以下哪些优势？（

）。A.可探测目标的垂直高度信息B.提供更高密度的点云信息C.能够进行图像颜色识别D.对生物体反射波更强（3）毫米波雷达按照探测距离分类，远程毫米波雷达（LRR）的最大探测距离为（

）。A.50米B.100米C.250米D.500米1.不定项选择题CAB

C课后练习（1）毫米波雷达只能测量距离、速度以及方位角等信息。（

）（2）毫米波雷达测试软件的输出类型包括原始目标和跟踪目标。（

）（3）最大测量目标数指毫米波雷达在探测过程中可同时探测目标的最大数目。（

）2.判断题

√×√课后练习请简述毫米波雷达的定义。3.简答题

毫米波雷达是工作在毫米波频段的雷达。毫米波由天线发射毫米波信号，通过接收被测物体反射回来的信号，根据是否产生回波，进行物体的检测，并可以计算出雷达与目标的相对速度、距离以及角度。课堂总结SummaryPART06课堂总结感谢您的观看主讲老师：XXX毫米波雷达的装配与调试主讲老师：XXX项目3：毫米波雷达的装调与故障诊断01学习情境LearningSituation02学习目标LearningObjectives03资料收集Backgroundknowledge06课堂总结Summary目录05实施作业Assignmentimplement04思政专栏IdeologicalandPoliticalColumn学习情境LearningSituationPART01学习情境客户在了解完毫米波雷达的工作原理和功能后，认为重新购买新车成本较高，希望能够通过加装毫米波雷达来提高汽车的高级驾驶辅助功能。经理安排你将毫米波雷达安装到该客户的汽车上，你需要完成毫米波雷达的安装并对新安装的毫米波雷达进行调试。毫米波雷达的安装位置学习目标LearningObjectivesPART02学习目标素养目标1.通过项目驱动式教学，加强学生团队合作的能力。2.激发学生积极学习汽车新技术、新工艺，适应行业发展需求。3.培养学生成为具有社会责任感、专业技能和创新精神的高素质工科人才。1.能独立完成毫米波雷达的检查与安装；2.能独立完成毫米波雷达的调试；3.能独立完成毫米波雷达的拆卸。知识目标能力目标1.能辨别易来达毫米波雷达的接口；2.能辨别CANalyst-II分析仪对应的接口。资料收集DataCollectionPART03一、实训硬件设备介绍1.毫米波雷达的接口定义思政专栏PART04IdeologicalandPoliticalColumn思政专栏张直中院士，我国雷达技术的奠基人，用一生诠释工匠精神。中学时，目睹山河破碎，他立下“科学救国”之志。1953年，他主持研制中国第一部中程对空警戒雷达，开启我国雷达事业先河。此后，他精益求精，攻克抗地杂波干扰难题，成功研制微波动目标显示雷达；探索单脉冲调制技术，打造中国第一部单脉冲试验雷达，为国防筑牢科技防线。张院士一生坚守初心，以匠心报国，为后辈点亮科技之路。他的精神，激励着无数科研工作者在强国征程中砥砺前行，用专注与执着，书写科技强国的壮丽篇章。工匠精神：匠心铸盾，报国初心不改张直中院士的雷达之路实施作业AssignmentimplementPART05一、实施准备（1）防护用品：工作服、安全帽、工作手套。（2）台架总成：实训平台。（3）工具、设备：毫米波雷达（含毫米波线束）、CANalyst-II分析仪（含USB线）、示波器、直流稳压可调电源、数字万用表和螺丝刀套装。（4）辅助材料：绝缘垫、无纺布。1.工具和设备准备直流稳压可调电源毫米波雷达CAN分析仪数字万用表示波器一、实施准备（1）检查毫米波雷达的针脚及外观毫米波雷达结构是否完整，表面有无脏污、破损、划痕、裂纹、凹痕和凸点等问题；针脚有无损坏、变形或生锈等问题。2.工具和设备检查毫米波雷达毫米波雷达针脚一、实施准备（2）检查毫米波雷达线束使用数字万用表测量毫米波线束中每根线之间的电阻值，应在0.1Ω~2Ω范围内，超出正常范围，表明该导线有故障，需要更换导线。2.工具和设备检查线束电阻值一、实施准备（3）检查示波器使用自动测试，检查示波器是否正常。2.工具和设备检查示波器检查二、毫米波雷达的品质检查（1）毫米波雷达的硬件连接硬件连接图直流稳压电源的正极端连接到毫米波雷达线束的端子1，负极端连接到端子2，给毫米波雷达提供12V电压；毫米波雷达的CAN0-H和CAN0-L分别连接到CAN分析仪的CAN1通道的H接口和L接口。二、毫米波雷达的品质检查（2）使用示波器测量CAN通道的波形示波器探头连接测量信号示波器通道1测量探头连接CAN0-H，示波器通道2探头连接CAN0-L线，注意通道1、2测量探头需要共地。测量得到的正常波形为连续的矩形方波。连续的矩形方波三、毫米波雷达的安装（1）安装毫米波雷达预安装毫米波雷达使用合适的工具在实训平台上安装毫米波雷达。三、毫米波雷达的安装（2）连接毫米波雷达线束毫米波线束端口连接到雷达端口接头1）将毫米波线束端口插接到毫米波雷达端口接头。三、毫米波雷达的安装（2）连接毫米波雷达线束CANH和CANL信号线连接2）使用螺丝刀分别将毫米波线束的CAN0-H、CAN0-L连接到CANalyst-II分析仪CAN1通道的H接口、L接口中（3）把CANalyst-II分析仪的USB接口插接到实训平台的电脑USB接口上。四、毫米波雷达的调试毫米波雷达测试软件图标（1）启动实训平台电源开关。（2）启动实训平台电脑，双击打开“毫米波雷达测试软件。四、毫米波雷达的调试单击“打开CAN”（3）单击“打开CAN”。（4）查看软件界面正常可视化数据。测试软件正常可视化毫米波雷达数据五、毫米波雷达的配置原始目标对应的界面显示分别配置毫米波雷达的输出类型为原始目标和跟踪目标，查看软件界面显示的目标点是否会随着输出类型的变化而变化。且软件左侧的目标信息的参数类型也会随之变化（原始目标和跟踪目标的参数类型不同）跟踪目标对应的界面显示1.模式配置五、毫米波雷达的配置过滤配置保留距离毫米波雷达20-60m范围内的目标（过滤的模式、参数和范围并非固定，可根据所需而定）。2.过滤配置六、毫米波雷达的拆卸（1）关闭毫米波雷达测试软件、实训平台电脑及实训平台电源；（2）断开毫米波线束和CANalyst-II分析仪的USB接口；（3）使用合适的工具拆卸毫米波雷达；（4）将拆卸下来的毫米波雷达和相关线束放置在工作台上；（5）完成6S整理清洁工作。课堂总结SummaryPART06课堂总结感谢您的观看主讲老师：XXX毫米波雷达的故障诊断与排除主讲老师：XXX项目3：毫米波雷达的装调与故障诊断01学习情境LearningSituation02学习目标LearningObjectives03资料收集Backgroundknowledge06课堂总结Summary目录05实施作业Assignmentimplement04思政专栏IdeologicalandPoliticalColumn学习情境LearningSituationPART01学习情境客户在安装毫米波雷达并升级了ADAS功能之后，在道路上行驶过程中开启了自适应巡航功能，但是发现车速不会因为前车的行驶状态和前车与本车之间的距离的变化而变化，于是前往你们公司寻求帮助。经过简单排查之后发现是毫米波雷达没有工作，领导安排你对毫米波雷达进行故障诊断，排查原因并排除故障，保证毫米波雷达能够正常工作。毫米波雷达学习目标LearningObjectivesPART02学习目标素养目标1.提高职业素养，注重职业道德教育。2.强调在自动驾驶技术发展中，安全始终是首要考虑的因素，培养学生的安全意识和风险评估能力。1.能列举毫米波雷达的常见故障及原因；2.能归纳毫米波雷达故障检诊的方法及流程。知识目标能力目标1.能独立完成毫米波雷达的故障诊断；2.能独立完成毫米波雷达的故障检测与故障机理分析。资料收集DataCollectionPART03一、毫米波雷达的常见故障原因分析毫米波雷达测试孔分为电源测试孔和通信测试孔。毫米波雷达测试端口1.毫米波雷达系统电路原理和测试端口定义一、毫米波雷达的常见故障原因分析2.毫米波雷达常见故障分析故障现象故障原因毫米波雷达工作失效线路故障：相关线束虚接、短路和断路等通信故障：毫米波雷达与显示系统总线通讯故障系统故障：软件系统出错部件故障：毫米波雷达自身故障毫米波雷达工作失准装配歪斜和毫米波雷达表面污浊等。思政专栏PART04IdeologicalandPoliticalColumn思政专栏南开大学祝宁华团队与香港城市大学合作，成功研制出薄膜铌酸锂光子毫米波雷达芯片，突破电子雷达瓶颈，提升光子雷达分辨率和集成度，体现了职业素养中的爱国情怀与责任担当。团队将个人追求融入国家战略，以科技成果增强民族自豪感，抢占前沿先机。他们勇于探索、突破传统，展现创新精神。跨校协作实现共赢，凸显团队合作力量。这一成果也彰显了科研人员对推动行业发展、促进社会进步的社会责任感，他们在职业中不懈追求卓越，为科技进步贡献力量。职业素养：跨校合作研制光子毫米波雷达芯片光子毫米波雷达芯片车载雷达应用实施作业AssignmentimplementPART05一、实施准备（1）防护用品：工作服、安全帽、工作手套。（2）台架总成：实训平台。（3）工具、设备：数字万用表、示波器。（4）辅助材料：绝缘垫、无纺布。1.工具和设备准备数字万用表示波器一、实施准备打开数字万用表，检查电量是否足够；将档位调至蜂鸣档，短接红黑表笔，检查数字万用表是否正常。2.工具及设备检查短接红黑表笔（1）检查数字万用表一、实施准备（2）检查示波器2.工具及设备检查使用自动测试，检查示波器是否正常。正常方波波形二、毫米波雷达的故障现象和确认1.故障现象本任务主要集中讲述电源故障和通信故障检诊。在进行故障诊断之前先设置故障（这一步由老师来操作）。打开“毫米波雷达测试软件”，单击“打开CAN”，查看界面没有数据显示。毫米波雷达故障现象二、毫米波雷达的故障现象和确认2.故障确认使用智能网联汽车三维数字化仿真教学软件读取故障码，单击“故障诊断”模块，再单击“刷新”图标可以读到故障码。读取故障码三、毫米波雷达的故障诊断与排除1.电源故障检诊将数字万用表调至直流电压档，通过测量电源正极输入端与负极输出端之间的电压、电源正极输出端与负极输入端之间的电压，找出故障原因。序号红表笔黑表笔电压故障原因1正极输入端负极输出端供电电压（12V）电源正极断路正极输出端负极输入端0V2正极输入端负极输出端0V电源负极断路正极输出端负极