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毫米波雷达技术解析
在当今快速发展的自动驾驶技术领域，传感器的作用日益凸显，它们是实现车辆环境感知的基石。其中，毫米波雷达因其独特的优势，已成为自动驾驶传感器套件中不可或缺的一部分。这种雷达不仅能够在各种恶劣的天气条件下稳定工作，还能提供精确的距离和速度信息，这对于车辆的安全导航至关重要。
一、毫米波雷达概述
RADAR(RAdio Dectecting And Ranging)是指利用毫米波信号（30-300GHz）来探测和测量目标的雷达系统，其中毫米波是微波的一个子频段。在汽车领域，使用的毫米波雷达主要在24GHz，77GHz和79GHz三个频段，如图1所示。
图1：毫米波雷达频段
我们知道随着毫米波雷达工作频率越高，波长就越短，分辨率就越高。因此，与24GHz雷达相比，工作频率在76-81GHz的毫米波雷达，物体分辨准确度，测速和测距精确度都会进一步提高，能检测行人和自行车，且设备体积更小，更便于在车辆上安装和部署。
按照探测距离，毫米波雷达可分为短程（SRR），中程（MRR）和远程（LRR）雷达，如图2所示。
图2：短、中、远程雷达
为了在车端更好的采集车辆周围信息，通常将毫米波雷达安装在车辆正前方和四周，即角雷达和前向雷达。主要实现BSD、LCA等L0自动驾驶功能，以及在ACC等L1~L2自动驾驶功能中实现重要的目标感知。如图3所示。
图3：角雷达与前向雷达
进一步来说，通过三种探测距离的雷达不同程度组合，可以承担着不同的ADAS功能，如表1所示：
表1：ADAS功能与雷达配置
功能 | 短程雷达SRR | 中程雷达MRR | 远程雷达LRR |
盲点识别 (BSD) | 后方 | 后方 | – |
变道辅助 (LCA) | 后方 | 后方 | – |
自动代客泊车 (AVP) | 后方 | 后方 | – |
交通拥堵辅助 (TJA) | – | 前方 | 前方 |
自适应巡航 (ACC) | – | 前方 | 前方 |
前方碰撞预警 (FCW) | – | 前方 | 前方 |
自动紧急制动 (AEB) | – | 前方 | 前方 |
行人检测系统 (PDS) | 前方 | 前方 | – |
二、毫米波雷达工作原理
毫米波雷达通过天线发射特定波形的电磁波，并接收目标反射的电磁波，通过信号处理计算出目标的位置、移动速度和方位等信息。毫米波雷达主要由天线、射频（RF）组件和数字信号处理模块组成。
从技术角度来看，FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave ）调频连续波雷达是现在的主流方案。相对于其他的波形调制技术而言，FMCW 可进行多目标探测，距离与速度探测，并可对目标进行连续追踪，系统敏感性高且误报率低。FMCW发送的是频率随时间变化的波形，通常是线性变化的。
通过上述分析，毫米波雷达工作流程如下：
- 首先射频发射器TX产生电磁波信号并且将之发射，信号到达目标物体
- 物体反射或者散射信号形成回波信号，接收器RX接收回波信号
- 混频器将回波信号与原始信号混合，经过滤波器进行滤波，得到中频IF信号（实际是雷达发射信号与回波信号的频率差，包含有物体的位置、速度等信息）
- 中频信号输入到处理后端进行调制解调、FFT（FastFourierTransform，快速傅里叶变换）等算法处理，提取目标信息(Point cloud)并进行分析，实现目标检测、距离测量、速度测量、方位估计
- 最终将结果输出以进行后续感知处理
