汽车雷达-综述

2023-11-16

     目录

 

1、简介

2、发展史

3、技术参数

4、采用SIGe毫米波T/R组件

5、汽车雷达中主要的信号处理单元

5.1、远程雷达

 5.1.1、总体框图

5.1.2、FFT

5.1.3、DOA估计

5.1.3.1   和差测角

5.1.3.2、顺序波瓣法

5.1.3.3、相位法测角

5.1.4 目标跟踪-线性卡尔曼滤波


1、简介

汽车雷达作为驾驶员辅助系统的核心传感器(检测距离、速度);远距离雷达(LRR)是用来实现自动巡航(ACC),中距离雷达(MRR)用来实现侧向来车报警和车道变道辅助,近距离雷达(SRR)则是用来实现停车辅助、障碍和行人检测。

                        

谈到其他的传感器技术能力,雷达最强悍的还是它能够在严酷的环境中工作(光线不好,环境较差,极端的温度);雷达需要有多个通道才能够支持角度测量;与其他机载传感器进行数字领域的数据融合;

                     

2、发展史

  1. 最开始试图使用毫米波汽车雷达是在上世纪70年代(但是整体来说是不太合适的,因为大尺寸和昂贵的成本);
  2. 1989~1999开始发展第一代汽车雷达(Daimler, Toyota);
  3. 上一代基于180/130nm的SiGe芯片组和先进的封装集成天线达到商用要求(博世);
  4. 高的频率能够使雷达更加轻便小巧,更加集成化,将减少组装和测试成本,从而大大降低了成本;
  5. 市场将以每年40%的速度扩张,预计明年所有高档/中型车都将配备雷达(全球7%的汽车,主要在欧洲、日本和美国销售,将配备雷达)

3、技术参数

参数

LRR

MRR

SRR

最大发射功率(EIRP)

55dBm

-9dBm/MHz

-9dBm/MHz

频率范围

76-77GHz

77-81GHz

77-81GHz

带宽

600MHz

600MHz

4GHz

探测距离范围Rmin~Rmax

10~250m

1~100m

0.15~30m

距离分辨率ΔR

0.5m

0.5m

0.1m

测距精度δR

0.1m

0.1m

0.02m

速度分辨Δv

0.6m/s

0.6m/s

0.6m/s

测速精度δv

0.1m/s

0.1m/s

0.1m/s

测角精度δψ

0.1°

0.5°

方位波束宽度(3dB带宽)±ψmax

±15°

±40°

±80°

俯仰波束宽度(3dB带宽)±θmax

±5°

±5°

±10°

                                    

4、采用SIGe毫米波T/R组件

                                                  

  1. 博世基于英飞凌的SIGe的芯片模组可以在市场上买到;
  2. 2块PCB板;
  3. 线性调频连续波;
  4. LRR的输出功率是7dBm,有四个通道(2 RX和2TX),介电层天线提供了长达250m的高接收增益;
  5. 可选的版本,PCB或芯片集成天线

5、汽车雷达中主要的信号处理单元

主要的信号处理包括:距离估计,多普勒频率估计、DOA(Direction of arrival)谱估计,目标跟踪。

5.1、远程雷达

远程雷达的观测范围如下图所示。

           

远程雷达的主要参数:

参数

参考值

中心频率

24GHz/77GHz

扫描带宽

150MHz

速度分辨率

Δvr=2.25km/h

最大无模糊速度

Vmax=250km/h

距离分辨率

ΔR=1m

最大探测距离

Rmax=200m

处理时间

TCPI=10ms

功能:自动巡航(ACC),碰撞报警;

 5.1.1、总体框图

一些特殊的波形必须同时满足距离和径向速度测量。有以下几种波形:

  1. Pulse Doppler(脉冲多普勒);

  2. 三角、锯齿调频连续波;

  3. 频移键控(FSK)连续波;

  4. MFSK连续波;

下面给出一个单通道三角调频连续波雷达的框图:

                       

5.1.2、FFT

 应用于每段(chrip信号的上调频和下调频),频率和距离估计精度取决于FFT的点数,典型的点数值是128~4096点;

              

                                          

5.1.3、DOA估计

5.1.3.1   和差测角

和差测角需要有两个波束指向不同的方向,和波束和差波束都将会被用上。其原理框图形式如下图所示。

                                

 

根据公式α=Σ/Δ ,Σ为和波束,Δ为差波束 ,根据下图可以得到和波束和差波束的比值α, 就可以得到值对应的角度。

                             

5.1.3.2、顺序波瓣法

顺序波瓣法通过选通对应的波束指向,根据目标在每个波束中返回的电平信息,来获得目标的角度信息。

                                                          

5.1.3.3、相位法测角

如下图所示,因为目标与雷达天线之间的角度为θ,所以目标到天线1的时间与到天线2的时间相差了ττΔR之间又存在对应的关系;最后通过相位检波的方法求出相位差φ,即可求得目标与雷达天线之间的夹角θ。

                                 

5.1.4 目标跟踪-线性卡尔曼滤波

跟踪的流程图如下图所示。

                                                         

                                        

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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