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汽车雷达 — 技术简介

2020-07-09 22:52:16·  来源:Astroys  
 
雷达传感器已成为ADAS和自动驾驶传感套件的关键组件。当今的车辆基本都配备了一个或多个雷达,可增强其感知和传感能力,确保为消费者提供安全舒适的驾驶体验。随
雷达传感器已成为ADAS和自动驾驶传感套件的关键组件。当今的车辆基本都配备了一个或多个雷达,可增强其感知和传感能力,确保为消费者提供安全舒适的驾驶体验。随着电子和半导体技术的进步,近年来雷达技术也有了显着改善,雷达有了更高的分辨率、更大的射程、更宽的FoV以及更好的抗干扰性。

工作原理
雷达的工作原理类似于声波反射。雷达使用电磁能脉冲(在无线波频谱中),发射源发射无线电波,无线电波被表面反射后,会被接收器系统接收和处理。反射波被捕获并处理,确定目标物体的距离、速度和方向。

雷达的构造
如今,典型的车载雷达模块包含五个主要功能模块:天线、RF部分包括发射器和接收其、高速数字接口、信号处理器、和电源部分。

发射器:使用波形发生器产生雷达信号,并由放大器供电
波导:有利于传输发射器产生的雷达信号
天线:将发射器的能量作为电磁波传输到空气中
接收器:放大和解调接收到的信号
信号处理器:处理捕获的信号以计算距离、速度和其他有用信息

汽车雷达系统有垂直或水平天线。垂直极化是最常用的方法,因为它提供的杂波较少,但由于垂直天线的辐射方向图较窄,因此其方位角FoV有限。水平极化天线可以实现更宽的方位角FoV,但会在最终目标图案中引起更多的波纹。

RF CMOS是用于汽车雷达芯片组的最优选技术。RF CMOS是一种集成电路技术,可以简单且经济高效地将RF、模拟和数字组件集成到芯片组上。用于汽车雷达传感器的通常配置是将所有RF组件(发射器和接收器)放在一个PCB上,而将信号处理单元放在另一个PCB上。也可以将两者放置在同一芯片组上,但这会带来发热的问题,信号处理单元和RF组件都会产生大量热。随着半导体技术的进步,一些新兴公司提出了片上雷达(RoC)解决方案,该解决方案将RF组件和处理单元都封装在一个芯片组上,从而减少了足迹和功耗。

汽车为什么需要雷达?


自动驾驶车辆需要多种传感技术来实现无误的传感和感知。每种传感技术(摄像头、雷达或激光雷达)都有其独特的功能,它们可与其他传感器互补,创建可靠的传感套件,确保自动驾驶车辆的安全运行。

基本上,所有上述传感技术都在电磁光谱的不同波长下运行。摄像头使用可见光,因此,它在低光照或高对比度照明条件下,性能会有限制。激光雷达使用的光波不在正常的可见光谱范围内,但在明亮的阳光和恶劣的天气条件下也会受到限制,从而导致信噪比降低。此外,与摄像头或雷达相比,高分辨率激光雷达技术仍然昂贵且不够成熟。



雷达使用无线电波,不受光照条件的影响。它们可以轻松穿透雨雪环境,并在恶劣的天气条件下表现良好。雷达还可以轻松计算出移动物体的距离、速度和轨迹。雷达的另一个主要优点是它能够透视物体并检测车辆上方或后方的障碍物。但雷达的主要缺点是分辨率低,例如识别两个距离很近的物体。

雷达系统尺寸较小,部署成本低得多。就价格而言,雷达是仅次于激光雷达的自动驾驶汽车第二昂贵的传感器类别,其次是摄像头。由于与雷达相关的所有技术优势,目前在道路上行驶的几乎每辆具有自动驾驶功能对车辆都配备了某种雷达。但雷达仍需要其他传感器来弥补其局限性。

由于每种感知技术都有其自身的优缺点,因此自动驾驶汽车不太可能仅依靠一种感知技术。大多数OEM和自动驾驶公司正在使用多种传感器技术来解决自动驾驶汽车的感知问题,并根据其特定的部署需求采用最合适的解决方案。 
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