什么是毫米波雷达?一篇文章带你了解它的特性

  目前,毫米波雷达制导技术已大量应用于各类导弹以及末制导炮弹、末制导迫击炮弹和末敏子母弹等武器系统上,美国陆军用于反导的爱国者PAC-3导弹,就采用了毫米波导引头,针对弹道导弹和巡航导弹的拦截任务。     


  首先让我们了解什么是毫米波?所谓的毫米波是无线电波中的一段,我们把波长为1~10毫米的电磁波称毫米波,它位于微波与远红外波相交叠的波长范围,因而兼有两种波谱的特点毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。


  所谓的毫米波雷达,是指工作频段在毫米波频段的雷达,测距原理跟一般雷达一样,也就是把无线电波(雷达波)发出去,然后接收回波,根据收发之间的时间差测得目标的位置数据。毫米波雷达就是这个无线电波的频率是毫米波频段。由于毫米波的波长介于厘米波和光波之间,因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。同厘米波导引头相比,毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。


  与红外、激光、电视等光学导引头相比,毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候(大雨天除外)全天时的特点。另外,毫米波导引头的抗干扰、反隐身能力也优于其他微波导引头。


  毫米波雷达是测量被测物体相对距离、现对速度、方位的高精度传感器,早期被应用于军事领域,随着雷达技术的发展与进步,毫米波雷达传感器开始应用于汽车电子、无人机、智能交通等多个领域。


毫米波雷达的特性

  1、频带极宽,在目前所利用的35G、94G这两个大气窗口中可利用带宽分别为16G和23G,适用与各种宽带信号处理;

  2、可以在小的天线孔径下得到窄波束,方向性好,有极高的空间分辨力,跟踪精度高;

  3、有较高的多普勒带宽,多普勒效应明显,具有良好的多普勒分辨力,测速精度较高;

  4、地面杂波和多径效应影响小,跟踪性能好;

  5、毫米波散射特性对目标形状的细节敏感,因而,可提高多目标分辨和对目标识别的能力与成像质量;

  6、由于毫米波雷达以窄波束发射,具有低被截获性能,抗电子干扰性能好;

  7、毫米波雷达具有一定的反隐身功能。

  8、毫米波具有穿透烟、灰尘和雾的能力,可全天候工作。


毫米波雷达测距的优势

  1.精度高抗干扰

  同微波导引头相比,毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。在天线口径相同的情况下,毫米波雷达有更窄的波束(一般为毫弧度量级),可提高雷达的角分辨能力和测角精度,并且有利于抗电子干扰、杂波干扰和多径反射干扰等。

  2.全天候全天时

  与红外、视频、激光等光学导引头相比,毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强,具有全天候全天时的特点。

  3.高分辨多目标

  由于工作频率高,可能得到大的信号带宽(如吉赫量级)和多普勒频移,有利于提高距离和速度的测量精度和分辨能力并能分析目标细节特征。同时毫米波雷达能分辨识别很小的目标,并且能同时识别多个目标,因此具有很强的空间分辨和成像能力。

  4.敏感高误报低

  系统敏感性高,错误误报率低,不易受外界电磁噪声的干扰。

  5.高频率低功率

  具有更高的发射频率,更低的发射功率。

  6.可测速可测距

  采用FMCW调频连续波,能同时测出多个目标的距离和速度,并可对目标连续跟踪,甚至到静止目标也可保持跟踪不丢失。

  7.距离远实时性高

  测量距离远,达到双向12车道200米远,同时38Hz 26ms的检测频率具有极强的实时性。


毫米波雷达的工作原理

  以车载毫米波雷达为例,雷达通过天线向外发射毫米波,接收目标反射信号,经后方处理后快速准确地获取汽车车身周围的物理环境信息(如汽车与其他物体之间的相对距离、相对速度、角度、运动方向等),然后根据所探知的物体信息进行目标追踪和识别分类,进而结合车身动态信息进行数据融合,最终通过中央处理单元(ECU)进行智能处理。经合理决策后,以声、光及触觉等多种方式告知或警告驾驶员,或及时对汽车做出主动干预,从而保证驾驶过程的安全性和舒适性,减少事故发生几率。


  在汽车主动安全领域,汽车毫米波雷达传感器是核心部件之一,其中77GHZ毫米波雷达是智能汽车上必不可少的关键部件,是能够在全天候场景下快速感知0-200米范围内周边环境物体距离、速度、方位角等信息的传感器件。


  1.位置

  毫米波雷达通过发射天线发出相应波段的有指向性的毫米波,当毫米波遇到障碍目标后反射回来,通过接收天线接收反射回来的毫米波。根据毫米波的波段,通过公式计算毫米波在途中飞行的时间,再结合前车行驶速度和本车的行驶速度因素,就可以知道毫米波雷达(本车)和目标之间的相对距离了,同时也就知道目标的位置。

  2.速度

  此外,根据多普勒效应,毫米波雷达的频率变化、本车及跟踪目标的相对速度是紧密相关的,根据反射回来的毫米波频率的变化,可以得知前方实时跟踪的障碍物目标和本车相比的相对运动速度。因此,表现出来就是,传感器发出安全距离报警时,若本车继续加速、或前监测目标减速、或前监测目标静止的情况下,毫米波反射回波的频率将会越来越高,反之则频率越来越低。

  3.方位角

  关于被监测目标的方位角测量问题,毫米雷达的探测原理是:通过毫米波雷达的发射天线发射出毫米波后,遇到被监测物体,反射回来,通过毫米波雷达并列的接收天线,通过收到同一监测目标反射回来的毫米波的相位差,就可以计算出被监测目标的方位角了。原理图如下:

图片1.jpg

  方位角αAZ是通过毫米波雷达接收天线RX1和接收天线RX2之间的几何距离d,以及两根毫米波雷达天线所收到反射回波的相位差b,然后通过三角函数计算得到方位角αAZ的值,这样就可以知道被监测目标的方位角了。


  位置、速度和方位角监测是毫米波雷达擅长之处,再结合毫米波雷达较强的抗干扰能力,可以全天候全天时稳定工作,因此毫米波雷达被选为汽车核心传感技术。

  

  当前,无人驾驶受到高度关注,毫米波雷达技术的发展同样备受关注。辰创科技凭借掌握的微波毫米波和人工智能自主核心技术、行业领先的高新技术应用产品、国内顶尖的微波毫米波和人工智能技术团队,以及稳健的经营实力、健康良性的管理机制,成功通过一系列高标准审核,获得“广东省毫米波智能雷达工程技术研究中心”认定。这对辰创科技加大技术投入,研制更多微波毫米波和人工智能领域的高新技术应用产品具有积极的推动作用。

(部分资料来源于互联网)



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