汽車無人機(jī)避障毫米波雷達(dá)傳感器技術(shù)原理與應(yīng)用，眾所周知，雷達(dá)使用電磁波，決定了微波雷達(dá)不同于超聲波、聲納等其他方法。電磁波是交變電磁場，在自由空間傳播。電磁場的交變頻率決定了雷達(dá)的基本屬性。當(dāng)然，波長和頻率是一個(gè)等效的概念。電磁波根據(jù)頻率有幾個(gè)典型的頻帶：平時(shí)使用的無線電不到300Mhz頻段，主要是AM，F(xiàn)M廣播使用。微波頻段是通信和雷達(dá)使用的主要頻段，這是一個(gè)非常寬的頻段，有300Mhz--300GHz，毫米波是微波的一個(gè)子頻段。你可以看到的是，可見光、紅外、激光等，這些也是一種電磁波，但由于頻率的不同，它與微波頻段的特性有很大的不同。
所以基于可見光、紅外、或者激光的方法一般不叫雷達(dá)，雖然激光的機(jī)理可能和雷達(dá)差不多。那么不同頻段的電磁波有什么主要區(qū)別呢？這是以下特征。當(dāng)電磁波在空間中傳播時(shí)，它傳播的介質(zhì)發(fā)生變化，反射就會發(fā)生、吸收、透射、衍射等現(xiàn)象。不同頻段的電磁波，這些現(xiàn)象的比例差別很大。
所以我們知道無論是雷達(dá)、主動(dòng)紅外、激光雷達(dá)是基于反射的特性，不同頻率的電磁波在反射特性上有很大的差異，一方面取決于介質(zhì)，即反射表面的材料。例如，金屬材料更容易反射微波，水主要吸收電磁波，所以我們很少在水下使用雷達(dá)。與此同時(shí)，這種反射.透射性和其他特性也取決于電磁波的頻率。例如，我們的廣播通?？梢栽诜孔永锸盏剑鼈円部梢栽诜孔永锸盏?，但是wifi隔幾堵墻可能很弱，紅外線和光線可能不會通過一張紙。這是因?yàn)椴ㄩL越長，越容易發(fā)生透射和衍射，波長越短，就越容易反射。
一般來說，如果電磁波波長與介質(zhì)尺寸的關(guān)系大于，則容易通過和衍射，如果小于，則容易反射。當(dāng)然，這里特別是射線，因?yàn)樗旧鲜橇Ｗ訉傩?，所以它不能被視為波。我們要講的毫米波波長是1cm到1mm在此之間，波長非常短，靠近太赫茲或紅外線，但比兩者要長得多波長很難早期開發(fā)，大約十年后才使用。
正如我們剛才所說，我們現(xiàn)在可以用來通信和處理的電磁波頻率越來越高，現(xiàn)在我們談?wù)撎掌?、可見光通信。毫米波雷達(dá)傳感器波段30-300GHz，頻率很高，但是這個(gè)頻段很多頻率區(qū)域的電磁波在空氣中很容易被水分子傳播、氧氣吸收，所以可以使用幾個(gè)典型的頻段，即這里列出的24、60、77、120GHz。當(dāng)然24GHz特別是，嚴(yán)格來說，他不是毫米波，因?yàn)樗牟ㄩL是1cm左右。但它是開始一個(gè)被使用的?，F(xiàn)在各國都把24GHz可民用劃出，777GHz分為汽車防撞雷達(dá)，24Ghz它也一開始用于汽車。
毫米波雷達(dá)傳感器不同于無線電和低頻微波，因?yàn)樗牟ㄩL很短。根據(jù)剛才提到的反射特性，首先非常接近光的傳播特性，可以更好地反射較小的反射面(物體)。另外，由于頻率高，可調(diào)帶寬非常大。另外，我們稍后會說，因?yàn)椴ㄩL很短，天線可以很小。但由于波長小，在空間傳播中容易被阻擋和吸收，因此其作用距離不能太遠(yuǎn)。當(dāng)然，與其他波段相比，這種距離一般為1km以內(nèi)。
毫米波雷達(dá)傳感器可以檢測測距、測速和角度，我們知道雷達(dá)是一種發(fā)射電磁波并通過檢測回波來檢測目標(biāo)是否有遠(yuǎn)近的電子裝置，主動(dòng)紅外激光是一樣的。毫米波和大多數(shù)微波雷達(dá)一樣，有波束的概念，即發(fā)射的電磁波是錐形波束，而不是激光線。這是因?yàn)檫@個(gè)波段的天線主要是電磁輻射，而不是光粒子發(fā)射。雷達(dá)和超聲波是一樣的，這種波束導(dǎo)致了它的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)，可靠，因?yàn)榉瓷涿娲?，缺點(diǎn)是分辨率不高。毫米波雷達(dá)能檢測目標(biāo)嗎？測距、速度測量和方位測量。
判斷是否有目標(biāo)很簡單，判斷是否有回波。測距也很簡單，都是基于TOF原理，但我們說電磁波的傳播速度是光速，所以這帶來了一定的挑戰(zhàn)。剛才我們說毫米波雷達(dá)太遠(yuǎn)，比如我們說汽車或無人機(jī)，那么探測距離很近，回波和發(fā)射波間隔很短，所以一般不適合使用簡單的發(fā)射脈沖，所以現(xiàn)在主要使用FMCW方式較多。
毫米波雷達(dá)傳感器測速和普通雷達(dá)一樣，有兩種方法，一種是基于普通雷達(dá)dopler原理是當(dāng)發(fā)射的電磁波與被檢測目標(biāo)相對移動(dòng)時(shí)、回波的頻率與發(fā)射波的頻率不同。目標(biāo)相對于雷達(dá)的移動(dòng)速度可以通過檢測這個(gè)頻率差來測量。但是這種方法無法檢測到切向速度，第二種方法是通過跟蹤位置微分得到速度。
后一個(gè)是毫米波雷達(dá)的側(cè)向。雷達(dá)對目標(biāo)方向的探測主要基于一種方法，即使用較窄的波束。因?yàn)楫?dāng)目標(biāo)出現(xiàn)在波束中時(shí)，我們通常無法判斷目標(biāo)在波束中的具體方向，所以我們必須縮小波束，當(dāng)然好像激光一樣，但這很困難。所以縮小波束縮小波束的方法有幾種，一種使用方向天線，如喇叭天線或鏡頭天線。另一種方法是使用多個(gè)天線+陣列信號處理方法。對于毫米波雷達(dá)傳感器，由于波長很短，我們做很多天線的成本很?。ㄟ@個(gè)成本是指價(jià)格、尺寸)，所以毫米波雷達(dá)使用陣列天線形成窄波束。它能有多窄？例如，3度和5度是汽車中常用的。當(dāng)然，這不能和激光相比，但已經(jīng)很好了。
民用毫米波雷達(dá)傳感器技術(shù)的一個(gè)應(yīng)用方向是汽車應(yīng)用，約199X年年，毫米波雷達(dá)被用于汽車ACC功能(自適應(yīng)巡航)，也就是高速跟著前面的車跑，他慢你慢，他快你快，保持一定的距離。這取決于毫米波長超過200米的距離檢測功能，其他手段很難做到。后來發(fā)展成防撞、盲區(qū)檢測等其他功能，但該技術(shù)一直非常昂貴，直到2012年，芯片級毫米波射頻芯片才出現(xiàn)，該技術(shù)的門檻降低，所有應(yīng)用程序都打開了一個(gè)窗口。
毫米波雷達(dá)一般有幾個(gè)組成部分：天線、射頻、基帶、還有可能的控制層。
我們一個(gè)接一個(gè)地說，先是天線。剛才我們說毫米波雷達(dá)波長幾毫米，因?yàn)樘炀€尺寸和波長相同，所以毫米波雷達(dá)天線可以很小，所以可以使用多個(gè)天線形成陣列天線，達(dá)到窄波束的目的，隨著天線數(shù)量的增加，波束可以很窄。另一個(gè)因素是，由于波長很小，毫米波可以使用一個(gè)”微帶貼片天線“這就是圖片中的樣子，在圖片中，pcb板上的ground在層上鋪幾條微帶線，就可以做天線了。這種導(dǎo)致毫米波雷達(dá)的天線可以做成pcb板。和大家常見的一樣wifi和藍(lán)牙的pcb天線非常相似。當(dāng)然，由于毫米波的頻率很高，所以通常需要高頻板。
毫米波雷達(dá)傳感器的數(shù)字信號處理部分。這部分是一些算法，主要包括陣列天線波束形成算法、信號檢測、測量算法、分類和跟蹤算法。這不是開始的，因?yàn)樯婕暗拿嫣嗔?。雷達(dá)的原理很簡單，但要做好，努力就應(yīng)該在這個(gè)地方。此外，還有一些制造商的解決方案，是從射頻帶基帶集成的解決方案，我們可以預(yù)測，在不久的將來，集成程度將更高，然后是單芯片解決方案。
汽車毫米波雷達(dá)傳感器技術(shù)
由于毫米波雷達(dá)距離長，可靠性高，不受光線和灰塵的影響，與相機(jī)相比，距離超過150米的特點(diǎn)要好得多。與激光相比，大約千元的價(jià)格也大大贏了。所以它仍然是主流技術(shù)。當(dāng)然，我們剛才提到它的分辨率略低，所以與相機(jī)的融合必然是一種趨勢。當(dāng)然，激光雷達(dá)正在努力進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，希望降低價(jià)格。由于技術(shù)和價(jià)格的迅速普及，只有超過50萬輛毫米波雷達(dá)，現(xiàn)在超過10萬輛汽車也慢慢開始安裝，telsa這樣ADAS也開始從汽車?yán)走_(dá)制造商那里挖掘技術(shù)總監(jiān)，并于9月份開始組裝到電動(dòng)汽車上?？梢钥闯?，毫米波雷達(dá)在汽車中的應(yīng)用仍然是主流技術(shù)。
無人機(jī)毫米波雷達(dá)傳感器技術(shù)
我們常說汽車和無人機(jī)其實(shí)很像：高速移動(dòng)，安全，高速，必然要求，探測距離足夠遠(yuǎn)，安全性，必然要求檢測方法的魯棒性，而且受環(huán)境影響小。當(dāng)然，在某些應(yīng)用中，無人機(jī)的環(huán)境比汽車復(fù)雜一點(diǎn)。毫米波雷達(dá)已廣泛應(yīng)用于無人機(jī)中。
它在無人機(jī)中的一個(gè)應(yīng)用，也是目前市場上大的，是植保無人機(jī)的定高應(yīng)用。我們知道gps氣壓計(jì)測量海拔，植物保護(hù)期間，無論地面和植被是否起伏，我們都希望無人機(jī)在作物上方固定高度飛行。這也被稱為模擬飛行。這個(gè)應(yīng)用程序有很多解決方案，比如超聲波、激光、紅外線、眼睛等等。但由于大多數(shù)植物保護(hù)環(huán)境很差，灰塵很大，水霧很大，超聲波和基于光學(xué)的超聲波會受到很大的干擾。
目前，基于毫米波雷達(dá)傳感器技術(shù)的高度計(jì)是穩(wěn)定的。首先，它可以穿透灰塵和水霧，基本上不受干擾?；诓ㄊ?，而不是點(diǎn)反射，高度只是反映了植被葉片的高度。
無人機(jī)的第二個(gè)應(yīng)用是避障
這也是一個(gè)爭奪各種傳感器的戰(zhàn)場。但我們說毫米波雷達(dá)具有不受光影響、工作距離大、可靠等優(yōu)點(diǎn)，在軍用有人機(jī)、汽車、無人機(jī)等方面得到證明。當(dāng)然，雷達(dá)的分辨率確實(shí)很低。但我們說過，由于陣列天線的優(yōu)勢，這可以大大提高，3-5度的分辨率是可能的。因此，我們說毫米波雷達(dá)有很大的調(diào)整空間，如波束寬度、工作距離、價(jià)格等。我們相信毫米波雷達(dá)在無人機(jī)測高和避障方面有明顯的優(yōu)勢，但也有光學(xué)需要補(bǔ)充的地方。因此，我們提出了這樣一個(gè)架構(gòu)，使用毫米波雷達(dá)進(jìn)行360度避障和高度測量。當(dāng)然，在這種架構(gòu)下，還需要更強(qiáng)的飛控處理平臺和技術(shù)。
