车辆工程技术57车辆技术
毫米波雷达技术及在汽车中的应用探讨
刘祖柏
（云南交通运输职业学院，云南 安宁 650300）
摘 要：毫米波雷达“全天候全天时”工作的超强能力，可穿透尘雾、雨雪、不受恶劣天气影响，且价格低廉，成为了汽车ADAS不可或缺的核心传感器之一。毫米波雷达相比于激光有更强的穿透性，能够轻松地穿透保险杠上的塑料，因此常被安装在汽车的保险杠内。这也是为什么很多具备ACC的车上明明有毫米波雷达，却很难从外观上发现它们的原因。
关键词：毫米波雷达；汽车；应用
1 毫米波雷达
雷达，无线电探测和测距。雷达的基本任务是发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的探测感兴趣的距离、方向、速度等状态参数。按辐射种类可分为：脉冲雷达和连续波雷达。毫米波，是指长度在1~10mm、频率在30~300GHz的电磁波，由于其波长在毫米量级，因此处于该频率范围的电磁波也被工程师们称为毫米波。
根据波的传播理论，频率越高，波长越短，分辨率越高，穿透能力越强，但在传播过程的损耗也越大，传输距离越短；相对地，频率越低，波长越长，绕射能力越强，传输距离越远。与微波相比，毫米波的分辨率高、指向性好、抗干扰能力强和探测性能好。与红外相比，毫米波的大气衰减小、对烟雾灰尘具有更好的穿透性、受天气影响小。这些特质决定了毫米波雷达具有全天候的工作能力。
为了推进自动驾驶技术的发展，同时要解决摄像机测距、测速不够精确的问题。工程师们选择了性价比更高的毫米波雷达作为测距和测速的传感器。毫米波雷达不仅拥有成本适中的特点，而且能够完美处理激光雷达所处理不了的沙尘天气。
2 毫米波雷达的分类
应用在汽车驾驶辅助的毫米波雷达主要有3个频段，分别是24GHz，77GHz和79GHz。不同频段的毫米波雷达有着不同的性能和成本。
2.1 短距离雷达
频段在24GHz左右的雷达，处在该频段上的雷达的检测距离有限，因此常用于检测近处的障碍物，在自动驾驶系统中常用于感知车辆近处的障碍物，为换道决策提供感知信息。
2.2 长距离雷达
77GHz频段和79GHz频段的雷达。频段在77GHz左右的雷达，性能良好的77GHz雷达的最大检测距离可以达到160米以上，因此常被安装在前保险杠上，正对汽车的行驶方向。长距离雷达能够用于实现紧急制动、高速公路跟车等ADAS功能；同时也能满足自动，对障碍物距离、速度和角度的测量需求。79GHz频段的传感器能够实现的功能和77GHz一样，也是用于长距离的测量。根据公式：光速=波长×频率，频率更高的毫米波雷达，其波长越短。波长越短，意味着分辨率越高；而分辨率越高，意味着在距离、速度、角度上的测量精度更高。因此79GHz的毫米波雷达必然是未来的发展趋势。
3 毫米波雷达的检测原理
毫米波雷达最重要的任务就是用无线电的方法发现目标并检测与目标物体的距离、速度和方向。
3.1 毫米波雷达测距原理
毫米波雷达测距原理就是把无线电波发出去，然后接收回波，根据收发的时间差测得目标的位置数据和相对距离。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离公式为：s=ct/2，其中s为目标距离，t为电磁波从雷达发射出去到接收到目标回波的时间，c为光速。
3.2 毫米波雷达测速
毫米波雷达测速是基于多普勒效应原理。所谓多普勒效应就是当声音、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。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的，所以称之为多普勒效应。也就是说，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。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。由多普勒效应所形成的频率变化叫做多普勒频移，它与相对速度v成正比，与振动的频率成反比。因此，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。4 毫米波雷达在汽车驾驶辅助系统中的应用
对于车辆安全来说，最主要的判断依据就是两车之间的相对距离和相对速度信息，特别车辆在高速行驶中，如果两车的距离过近，是容易导致追尾事故。凭借出的测距、测速能力，毫米波雷达被广泛地应用在自适应巡航（ACC）、自动紧急制动（AEB）、前方/后方碰撞预警（FCW/RCW）、变道辅助（LCA）、盲点检测（BSD）、倒车辅助（BPA）、泊车辅助（PA）等汽车ADAS中。通常，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程、中程和长程毫米波雷达。其中24GHz雷达系统主要实现近距离探测（SRR，60米以下），77GHz雷达系统主要实现中、长距离的探测（MRR,100米左右；LRR，200米以上）。不同的毫米波雷达“各司其职”，在车辆前方、车身和后方发挥不同的作用。其中ACC、AEB、FCW、LCA 作为汽车ADAS中最主要的防撞预警功能，是如何实现的呢？
4.1 自适应巡航
自适应巡航是一种可以依据设定的车速或者距离跟随前方车辆行驶，或根据前车速度主动控制本车行驶速度，最终将车辆与前车保持在安全距离的驾驶辅助功能，该功能最大的优点是可以有效的解放驾驶者的双脚，提高驾驶的舒适性。
自适应巡航的实现原理：在车辆行驶过程中，安装在车辆前部的毫米波雷达传感器持续扫描车辆前方道路，同时轮速传感器采集车速信号。当与前车之间的距离过小时，自适应巡航系统可以通过与制动防抱死系统、发动机控制系统协调动作，使车轮适当制动，并使发动机的输出功率下降，以使车辆与前方车辆始终保持安全距离。自适应巡航系统在控制车辆制动时，通常会将制动减速限制在不影响舒适度的程度，当需要更大的减速时，自适应巡航系统会发出声、光预警信号通知驾驶者主动采取制动操作。
4.2 动紧急制动
光速汽车 自动紧急制动是一种汽车主动安全辅助功能。自动紧急制动系统利用毫米波雷达测出与前车或者障碍物的距离，然后利用数据分析模块将测出的距离与警报距离、安全距离进行比较，小于警报距离时就进行警报提示，而小于安全距离时即使在驾驶员没有来得及踩制动踏板的情况下，自动紧急制动系统也会启动，使汽车自动制动，从而确保驾驶安全。据研究表明，90%的交通事故是由于驾驶者的注意力不集中而引起的，自动紧急制动技术能在现实世界中减少38%的追尾碰撞，且无论是在城市道路（限速60km/h）或郊区道路行驶的情况下，效果都显著。
4.3 前方防撞预警
前方防撞预警通过毫米波雷达和前置摄像头不断监测前方的车辆，判断本车与前车之间的距离、方位及相对速度，探测到前方潜在
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