在當(dāng)今快速發(fā)展的自動(dòng)駕駛技術(shù)領(lǐng)域，傳感器的作用日益凸顯，它們是實(shí)現(xiàn)車(chē)輛環(huán)境感知的基石。其中，毫米波雷達(dá)因其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，已成為自動(dòng)駕駛傳感器套件中不可或缺的一部分。這種雷達(dá)不僅能夠在各種惡劣的天氣條件下穩(wěn)定工作，還能提供精確的距離和速度信息，這對(duì)于車(chē)輛的安全導(dǎo)航至關(guān)重要。

一、毫米波雷達(dá)概述

RADAR(RAdio Dectecting And Ranging)是指利用毫米波信號(hào)（30-300GHz）來(lái)探測(cè)和測(cè)量目標(biāo)的雷達(dá)系統(tǒng)，其中毫米波是微波的一個(gè)子頻段。在汽車(chē)領(lǐng)域，使用的毫米波雷達(dá)主要在24GHz，77GHz和79GHz三個(gè)頻段，如圖1所示。

圖1 毫米波雷達(dá)頻段

我們知道隨著毫米波雷達(dá)工作頻率越高，波長(zhǎng)就越短，分辨率就越高。因此，與24GHz雷達(dá)相比，工作頻率在76-81GHz的毫米波雷達(dá)，物體分辨準(zhǔn)確度，測(cè)速和測(cè)距精確度都會(huì)進(jìn)一步提高，能檢測(cè)行人和自行車(chē)，且設(shè)備體積更小，更便于在車(chē)輛上安裝和部署。

按照探測(cè)距離，毫米波雷達(dá)可分為短程（SRR），中程（MRR）和遠(yuǎn)程（LRR）雷達(dá)，如圖2所示。

圖2 短、中、遠(yuǎn)程雷達(dá)

為了在車(chē)端更好的采集車(chē)輛周?chē)畔?，通常將毫米波雷達(dá)安裝在車(chē)輛正前方和四周，即角雷達(dá)和前向雷達(dá)。主要實(shí)現(xiàn)BSD、LCA等L0自動(dòng)駕駛功能，以及在ACC等L1~L2自動(dòng)駕駛功能中實(shí)現(xiàn)重要的目標(biāo)感知。如圖3所示。

圖3 角雷達(dá)與前向雷達(dá)

進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，通過(guò)三種探測(cè)距離的雷達(dá)不同程度組合，可以承擔(dān)著不同的ADAS功能，如表1所示：

表1 ADAS功能與雷達(dá)配置

二、毫米波雷達(dá)工作原理

毫米波雷達(dá)通過(guò)天線發(fā)射特定波形的電磁波，并接收目標(biāo)反射的電磁波，通過(guò)信號(hào)處理計(jì)算出目標(biāo)的位置、移動(dòng)速度和方位等信息。毫米波雷達(dá)主要由天線、射頻（RF）組件和數(shù)字信號(hào)處理模塊組成，如下圖4所示。

圖4 毫米波雷達(dá)組成（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

從技術(shù)角度來(lái)看，F(xiàn)MCW（Frequency Modulated Continuous Wave?）調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)是現(xiàn)在的主流方案。相對(duì)于其他的波形調(diào)制技術(shù)而言，F(xiàn)MCW 可進(jìn)行多目標(biāo)探測(cè)，距離與速度探測(cè)，并可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)追蹤，系統(tǒng)敏感性高且誤報(bào)率低。FMCW發(fā)送的是頻率隨時(shí)間變化的波形，通常是線性變化的，如圖5所示。

圖5 FMCW波形（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

通過(guò)上述分析，毫米波雷達(dá)工作流程如下，如圖6所示：

圖6 毫米波雷達(dá)工作流程（圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

1.?首先射頻發(fā)射器TX產(chǎn)生電磁波信號(hào)并且將之發(fā)射，信號(hào)到達(dá)目標(biāo)物體；

2.?物體反射或者散射信號(hào)形成回波信號(hào)，接收器RX接收回波信號(hào)；

3.?混頻器將回波信號(hào)與原始信號(hào)混合，經(jīng)過(guò)濾波器進(jìn)行濾波，得到中頻IF信號(hào)（實(shí)際是雷達(dá)發(fā)射信號(hào)與回波信號(hào)的頻率差，包含有物體的位置、速度等信息）；

4.?中頻信號(hào)輸入到處理后端進(jìn)行調(diào)制解調(diào)、FFT（FastFourierTransform，快速傅里葉變換）等算法處理，提取目標(biāo)信息(Point cloud)并進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測(cè)、距離測(cè)量、速度測(cè)量、方位估計(jì)；

5. 最終將結(jié)果輸出以進(jìn)行后續(xù)感知處理。

三、4D毫米波雷達(dá)

在3D毫米波雷達(dá)的應(yīng)用中，主要收集的數(shù)據(jù)涵蓋了物體的X、Y坐標(biāo)和速度（v），然而，這種技術(shù)在獲取目標(biāo)高度信息方面存在局限。例如，在橋洞和前車(chē)同處一距離時(shí)，由于缺少高度信息，可能導(dǎo)致誤判，從而引發(fā)不必要的緊急制動(dòng)。此外，它在識(shí)別靜止目標(biāo)、判斷物體高度或區(qū)分相鄰障礙物時(shí)也面臨挑戰(zhàn)。

隨著技術(shù)的快熟發(fā)展，新一代的4D毫米波雷達(dá)通過(guò)增加對(duì)物體俯仰角度的測(cè)量，有效地彌補(bǔ)了這一缺陷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)物體高度的識(shí)別。

所謂“4D”，是指這種雷達(dá)能夠測(cè)量目標(biāo)的距離、水平方位、速度以及高度四個(gè)維度的信息。4D毫米波雷達(dá)不僅繼承了傳統(tǒng)毫米波雷達(dá)在各種天氣和光照條件下穩(wěn)定工作的能力，以及能夠探測(cè)到被遮擋物體的優(yōu)勢(shì)，還在測(cè)量精度和分辨率上實(shí)現(xiàn)了顯著提升。

它能夠識(shí)別更小的物體、靜止物體，甚至是空中的障礙物。這種雷達(dá)對(duì)復(fù)雜道路環(huán)境的適應(yīng)性更強(qiáng)，這得益于其配備的縱向天線和采用的MIMO（多輸入多輸出）技術(shù)，這些技術(shù)共同作用，形成了虛擬的孔徑陣列，從而提高了對(duì)角度、速度和距離的分辨率。

四、總結(jié)

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，毫米波雷達(dá)正朝著更高分辨率、更低成本和更強(qiáng)的集成能力的方向發(fā)展，特別是在4D成像技術(shù)的應(yīng)用上，它通過(guò)增加對(duì)物體高度的測(cè)量能力，顯著提升了對(duì)復(fù)雜交通環(huán)境的感知和理解。

在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，毫米波雷達(dá)以其全天候的工作能力、遠(yuǎn)距離探測(cè)性能、高精度測(cè)量以及物體識(shí)別與分類(lèi)的能力，成為了實(shí)現(xiàn)安全、可靠自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵傳感器技術(shù)。隨著成本的降低和性能的提升，毫米波雷達(dá)不僅能夠作為其他傳感器的有力補(bǔ)充，還能為未來(lái)的智能出行提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。