毫米波雷达的详细资料介绍和其应用说明怎么写_毫米波雷达的详细资料介绍和其应用说明

所谓毫米波，是无线电波的一部分。我们把波长为1 ~ 10 mm的电磁波称为毫米波，它位于微波和远红外波的重叠波长范围内，因此具有两种光谱的特性。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。

所谓毫米波雷达，是指工作频段在毫米波波段的雷达。测距原理和一般雷达一样，就是发射出无线电波(雷达波)，然后接收回波，根据发射和接收的时间差测量目标的位置数据。毫米波雷达是这种无线电波的频率是毫米波段。

因为毫米波的波长介于厘米波和光波之间，所以毫米波兼有微波制导和光电制导的优点。与厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、重量轻、空间分辨率高等特点。与红外、激光、电视等光学导引头相比，毫米波导引头具有很强的穿透雾、烟、尘的能力，具有全天候(雨天除外)的特点。此外，毫米波导引头的抗干扰和反隐身能力优于其他微波导引头。

毫米波雷达是一种测量被测物体相对距离、当前速度和方位的高精度传感器。早期用于军事领域。随着雷达技术的发展和进步，毫米波雷达传感器开始应用于汽车电子、无人机、智能交通等领域。

毫米波雷达的特点

1、频段极宽，目前使用的35G和94G大气窗中可用带宽分别为16G和23G，适用于各种宽带信号处理；

2、可以在小天线口径下得到窄波束，方向性好，空间分辨率极高，跟踪精度高；

3、多普勒带宽高，多普勒效应明显，多普勒分辨率好，测速精度高；

4、地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细节敏感，因此可以提高多目标分辨能力和目标识别能力以及成像质量；

6、毫米波雷达由于在窄波束中发射，截获性能低，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、尘、雾的能力，可以全天工作。

毫米波雷达测距的优势

高精度、抗干扰

与微波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、重量轻、空间分辨率高等特点。在天线口径相同的情况下，毫米波雷达的波束更窄(一般在毫弧度量级)，可以提高雷达的角分辨率和测角精度，有利于抵抗电子干扰、杂波干扰和多径反射干扰。

全天候全天时间

与红外、文章、激光等光学导引头相比，毫米波导引头具有很强的穿透雾、烟、尘的能力，具有全天候、全天候的特点。

高分辨率多目标

由于工作频率高，可以得到较大的信号带宽(如GHz)和多普勒频移，有利于提高距离和速度的测量精度和分辨率，有利于分析目标的细节特征。同时，毫米波雷达可以同时分辨和识别小目标和多目标，因此具有很强的空间分辨率和成像能力。

高灵敏度和低误报警

该系统灵敏度高，虚警率低，不易受外界电磁噪声干扰。

高频低功耗

它具有较高的传输频率和较低的传输功率。

可以测量速度和范围。

利用FMCW调频连续波，可以同时测量多个目标的距离和速度，对目标进行连续跟踪，甚至跟踪到静止目标。

长距离和高实时性

测量距离远，达到两瓦

以车载毫米波雷达为例，雷达通过天线发射毫米波，接收目标的反射信号，快速准确地获取车体周围的物理环境信息(如车辆与其他物体的相对距离、相对速度、角度、运动方向等。)后处理，再根据检测到的物体信息进行目标跟踪、识别、分类，再结合车身的动态信息进行数据融合，最后通过中央处理器(ECU)进行智能处理。合理决策后，通过声、光、触等多种方式告知或警告驾驶员，或主动及时介入车内，以保证驾驶过程的安全性和舒适性，降低事故发生的概率。

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中不可或缺的关键部件，是一种能够全天候场景下快速感知周围物体0-200米范围内的距离、速度、方位等信息的传感装置。

位置

毫米波雷达通过发射天线发出相应波段的定向毫米波，当毫米波遇到障碍物时被反射回来，反射回来的毫米波通过接收天线接收。根据毫米波的波段，通过公式计算出毫米波在途中的飞行时间，然后结合前车的行驶速度和本车的行驶速度，就可以知道毫米波雷达(本车)与目标的相对距离，也可以知道目标的位置。

速度

此外，根据多普勒效应，毫米波雷达的频率变化与车辆和被跟踪目标的相对速度密切相关。根据反射的毫米波频率变化，可以实时知道前方跟踪的障碍物目标相对于车辆的相对运动速度。因此，当传感器发出安全距离报警时，如果车辆继续加速，或者前方监控目标减速，或者前方监控目标静止不动，毫米波反射回波的频率就会越来越高，反之亦然。

方位角

关于被监测物体的方位测量，毫米波雷达的探测原理是：毫米波从毫米波雷达的发射天线发出后，遇到被监测物体并反射回来，然后通过毫米波雷达的平行接收天线和同一被监测物体反射的毫米波的相位差，就可以计算出被监测物体的方位。示意图如下：

方位角AZ是毫米波雷达的接收天线RX1和接收天线RX2之间的几何距离d和两个毫米波雷达天线接收到的反射回波的相位差b，再用三角函数计算出方位角AZ的值，就可以知道被监测物体的方位角。

位置、速度和方位监测是毫米波雷达的强项。结合其强大的抗干扰能力，毫米波雷达可以全天稳定工作，因此选择毫米波雷达作为汽车的核心传感技术。

毫米波雷达和激光雷达

随着自动驾驶的发展，激光雷达受到前所未有的追捧，因为它具有精度高、信息量大、不受可见光干扰等优点。不过我们可以注意到，目前主流的自动驾驶方案并没有完全抛弃毫米波雷达。原因是什么？

与激光雷达相比，毫米波雷达的探测距离可以轻松超过200米，而激光雷达一般小于150米。毫米波雷达更适合高速行驶的场景。

其次，由于激光雷达对收发机和组装工艺要求较高，降低成本难度较大。毫米波雷达，因为是硅基芯片，没有特别昂贵复杂的技术，所以毫米波雷达的成本更有优势。毫米波雷达现在的价格是一千五左右，而激光雷达的价格还是以万为单位计算的。由于激光雷达获得的数据量远远超过毫米波雷达，因此需要更高性能的处理器来处理数据

但毫米波雷达的缺点也很直观，探测距离直接受频段损耗限制，无法感知行人，无法对周围所有障碍物进行精确建模。至于毫米波雷达的市场前景，一辆车会配备3-8个毫米波雷达，目前奔驰的高端车上已经安装了7个。未来几年，车载毫米波雷达的市场规模不可小觑。

目前激光雷达的另一个很重要的技术是固态激光雷达，其实和传统雷达、毫米波雷达是一脉相承的。固态激光雷达本质上是调整各个发射和接收单元的相位，毫米波雷达也是一样的原理，只不过毫米波雷达工作在电磁波上，实现器件的难度比在光频段改变相位要小得多。在未来，将固态激光雷达与毫米波雷达相结合可能是一个不错的选择。

总之，毫米波雷达是一种很难被替代的传感器。虽然它有一些缺点，但它的全天候工作条件是最大的优势。测速测距精度远高于视觉传感器，穿透力优于激光雷达。但总的来说，这并不冲突，因为未来会有融合的趋势，尤其是自动驾驶，毫无疑问三个传感器会相互融合。

毫米波雷达主要应用的分类

1、制导雷达和火控雷达。目前该型部分雷达选择在毫米波段，主要是为了提高探测能力，减小雷达体积，减轻重量和体积，便于集成。

2、目标探测雷达，主要通过机械/电子波束扫描探测观察区域内目标的距离、速度和角度，并配备相应的数据处理单元，可实现目标识别(散射特性)、跟踪和预测(卡尔曼滤波、粒子滤波等)。).

3、毫米波对地观测雷达，主要是毫米波合成孔径雷达，SAR)。该型雷达主要实现对地球的成像观测，获取地面区域的SAR图像。

4、毫米波近程探测雷达，主要实现对2米以内目标的二维或三维成像探测。目前该类系统的频段为30~37.5 GHz、94~200 GHz或THz频段。比如目前美国机场的人体安检三维扫描雷达，通过毫米波代替x光实现对人体衣服内外目标的探测和成像，以加强安检；还有通过35GHz波段雷达或94GHz和THz波段雷达对一些特殊材料进行无损三维探测。

5、汽车雷达，在汽车上安装雷达传感器，实现防撞、自动泊车、行人检测等。目前主流的车载雷达是24GHz的雷达，但是由于频段管制，射电天文5Km不允许使用这个频段的雷达，其本身的尺寸(主要是天线尺寸)，车载雷达，77GHz，正在逐渐商用，并装备到一些高端车上。与24GHz雷达相比，77GHz车载雷达的主要优势是频带更宽、距离分辨率更高、体积更小、目标探测能力更强，但对77GHz雷达的生产加工技术要求更高，但目前来看，这一问题已经不是行业壁垒。

毫米波雷达at

典型的军事应用

“长弓”和“发射后不管”反坦克系统是美国陆军上世纪八九十年代的主要武器系统发展计划之一。它安装在波音公司制造的AH-64D攻击直升机上，目的是使AH-64D在雨、雾、烟、尘等恶劣天气和低能见度条件下，具备昼夜高精度探测、分类和作战能力。军方要求系统的雷达和导弹导引头重量轻、体积小、分辨率高、全天时工作，所以只能选择毫米波频段。

1992年，美国陆军决定研制一种新型地狱火导弹，装备毫米波主动雷达导引头，后被称为“长弓地狱火”导弹，代号AGM-114L，用于长弓阿帕奇武器系统，攻击地面坦克和装甲部队。长弓地狱火导弹的毫米波导引头工作频率为94 GHz，工作距离为12~16公里。对于近程目标或移动目标，AGM-114L毫米波导引头可以利用APG-78雷达或直升机目标获取和校准瞄准具(TADS)发送的数据，在发射前锁定目标。攻击远程固定目标时，导弹向目标方向发射，在毫米波导引头锁定目标进行末制导(最终瞄准)之前，导弹由惯性导航系统控制。

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在无人机领域的应用

毫米波雷达已广泛应用于军用有人机和无人机。它在无人机上的第一个应用，也是目前市场上最大的，就是植保无人机的定高应用。

我们知道gps和气压计测量高度，在植保中，我们希望无人机在农作物上方固定高度飞行，不管地面和植被是否起伏。这也叫模仿飞行。对于这种应用有许多解决方案，如超声波、激光、红外、双目等等。但是因为植保环境大多比较差，有很多灰尘和水雾，那么超声波和光学为主会受到很大的干扰。

目前最稳定的是基于毫米波雷达的高度计。一是能穿透灰尘和水雾，基本不受任何干扰。基于光束，而不是点反射，高度反映了植物叶子的高度。

无人机的第二个应用是避障。这也是各种传感器的战场。但是我们说毫米波雷达具有不受光线影响、作用距离非常大、可靠的优点，这些优点在军用有人机、汽车、无人机上都得到了证明。

当然，毫米波雷达的分辨率相对较低。但由于阵列天线的优势，这一点可以大大改善。所以毫米波雷达有很大的调整空间，比如波束宽度，射程，价格。毫米波雷达在无人机测高、避障方面优势明显，但也需要光学来补充。

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自动驾驶功能的应用

自动驾驶使用的传感器主要有摄像头、毫米波雷达、激光、超声波、红外等。毫米波雷达传输距离远，传输窗口内大气衰减和损耗低，穿透力强，可以满足车辆对全天候天气的适应性要求。而且毫米波雷达传感器器件的特性决定了其体积小、重量轻。弥补了摄像头、激光、超声波、红外等其他传感器在车载应用中不具备的使用场景。

车上安装的毫米波雷达可以测量雷达到被测物体的距离、角度和相对速度。通过使用毫米波雷达，可以实现高级驾驶辅助系统(ADAS)功能，如自适应巡航控制、前向碰撞警告、盲点检测、停车辅助、车道变换辅助和自主巡航控制(ACC)。汽车毫米波雷达常见的工作频率在24GHz和77 GHz左右。24GHz雷达系统主要实现近程探测(SRR)，77GHz雷达系统主要实现远程探测(LRR)。

目前毫米波雷达主要是24GHz和77GHz。24GHz雷达测量距离短(5 ~ 30m)，主要用于汽车尾部。77GHz雷达测量距离长(30 ~ 70m)，主要用于汽车的前方和两侧。毫米波雷达主要包括三部分：雷达射频前端、信号处理系统和后端算法。现有产品中，雷达后端算法专利授权费约占成本的50%，射频前端约占成本的40%，信号处理系统约占成本的10%。

1、射频前端：射频前端发射和接收毫米波获得中频信号，从中可以提取距离、速度等信息。因此，射频前端直接决定了雷达系统的性能。目前毫米波雷达的射频前端主要是平面集成电路，包括混合微波集成电路(HMIC)和单片微波集成电路(MMIC)。其中，MMIC射频前端成本低，成品率高，适合量产。在生产过程中，通常使用外延MESFET、HEMT和HBT。其中，以GaAs为基地的HEMT技术最为成熟，具有优异的噪声性能。

2、信号处理系统：信号处理系统也是雷达的重要组成部分。通过嵌入不同的信号处理算法，提取射频前端采集的中频信号，获得特定类型的目标信息。信号处理系统一般以DSP为核心，实现复杂的数字信号处理算法，以满足雷达的实时性要求。

3、后端算法：后端算法在整个毫米波雷达成本中占比最高。对于毫米波雷达，国内研究人员从频域、时域、时频分析等方面提出了大量算法，离线实验精度也较高。而国内的雷达产品主要采用基于频域的快速傅里叶变换及其改进算法进行分析，在测量精度和应用范围上有一定的局限性，而国外的算法有严格的专利保护，价格非常昂贵。

情报中的毫米波雷达

在交通管理系统领域的应用

4D毫米波可视雷达是专为智能交通系统设计的多车道多目标跟踪4D文章雷达。采用全球首创的智能三维毫米波探测技术，可提供精确的X、Y、Z三维坐标和一维速度的4D多目标实时跟踪轨迹信息，确保对每辆行驶车辆的各种信息进行精确检测和统计。

该雷达拥有完全自主知识产权的新型毫米波车辆探测器。它利用FM连续波原理和多普勒技术在路面发射毫米波，通过对回波信号的高速实时数字处理和分析，检测出单车速度、平均速度、车流量、车道占有率、车型、排队长度、事件分析等交通流基本信息。

4D毫米波可视雷达系列集成了高清摄像机，可以同时监控4-12条车道，并提供128个目标的高分辨率4D雷达轨迹信息，并同步显示在文章上。4D毫米波视觉雷达的四维识别技术使其能够精确测量速度和跟踪目标轨迹，即使在交通繁忙或拥堵缓慢的路段也能提供非常准确的数据。

测速雷达

专门为测速设计的多车道多目标跟踪雷达，可垂直或倾斜安装，提供准确的车速和定位信息，确保捕捉到检测路段上每一辆超速行驶的汽车。一个雷达和一个高清摄像头可以实现多车道多目标测速，同时实现每辆车的车牌识别和差分测速并直接叠加在车上，准确可靠，抓拍率高，成本低，安装简单。避免了单车道测速雷达的干扰和一张图有很多车用不上的问题。

电子卡口雷达

专为电子卡口设计的多车道多目标跟踪雷达，可以自动检测跟踪区域内的车辆。当车辆满足设定的触发条件时，输出信号触发高清摄像头进行抓拍取证，构成卡口系统的前端采集单元。

具有多目标识别和跟踪能力。在卡口系统中，可以根据车道提供指定位置和准确车速的触发信号，还可以根据周期提供车流量、平均速度、占用率等交通信息。雷达对采集的数据进行统计后，可以直接输出给用户，不需要额外的计算机进行计算和统计

专为电子警察设计的多车道多目标跟踪雷达，可提供180m范围内的车流量、平均速度、车道占有率等精确统计信息，交通准确率99%，车道占有率准确率99%，平均速度准确率99%，提供实时交通照片或文章，掌握和核实现场情况，提供30ms检测更新和RJ45、485。

智能路口雷达

智能路口雷达可以同时检测排队起始位置、排队长度、排队车辆数、实时平均车速等排队信息，以及每辆车在四个以上路段的车速、车型、车道数、占用时间等通行信息。路口交通灯的配时方案可以优化。无线网络，易于安装。

路边停车管理系统

毫米波雷达和高清球形摄像机可以实现多车道多目标车辆跟踪。一旦检测到车辆停放或停车，可以将坐标发送到球机，球机完成车牌识别后再完成计费处理流程，准确可靠，降低成本，安装简单。

收费站排队长度检测系统

随着机动车数量的急剧增加，收费站面临着不同程度的拥堵，特别是在重大节假日和旅游旺季，严重影响了公众的顺利出行和收费管理。为了应对收费站的交通拥堵，迫切需要通过智能化的科技手段提高管理和服务水平，建立自动检测机制，判断收费站的拥堵状态。一方面为管理部门进行路网辅助管理的合理决策提供直观、便捷的收费站交通信息服务，另一方面为广大出行者提供更加准确的信息，利用公路网管理、交通诱导发布、综合信息发布、信息查询等功能，提供驾驶决策依据和帮助。毫米波多目标跟踪三维空间探测技术实现的排队预警系统，具有探测准确、安装方便的优点，不受天气、光线、环境气候变化的影响。

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