汽车基础环境部件及标定 5

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。（