《智能网联汽车技术概论》课件 - 第三章-雷达在智能网联汽车中的应用

• 军工雷达探测扫描原理
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超声波雷达原理与应用
• 超声波雷达是汽车最常用的一种传感器， 可以通过接收到反射后的超声波探知周 围的障碍物情况，消除了驾驶员停车泊 车、倒车和起动车辆时前、后、左、右 探视带来的麻烦，帮助驾驶员消除盲点 和视线模糊缺陷，提高了行车安全性。
• 超声波雷达被广泛应用于倒车辅助系统 和自动泊车系统中。
FMCW毫米波雷达系统结构与原理
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毫米波雷达组成与原理
• 请探讨，并说说FWCW雷达的载波频率与天线调制频率的关系。
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毫米波雷达组成与原理
• 根据电磁波辐射方式的不同，毫米波雷达主要有两种工作 系统：脉冲系统和连续波系统。请说说车用毫米波雷达技 术原理。
Vbat | CAN
• ③灵敏度。超声波雷达的灵敏度与晶圆 的制造有关,机电耦合系数大，灵敏度 高。
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0 2 •毫米波雷达
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毫米波雷达组成与原理
• 1.车载毫米波雷达结构组成
• （1）毫米波雷达的种类有哪些？
• 毫米波雷达是通过发射和接收无线电波来 测量车辆与车辆之间的距离、角度和相对 速度的装置。
• 毫米波雷达可实现自适 应巡航控制、前向防撞 报警、盲点检测、辅助 停车、辅助变道、自主 巡航控制等先进的巡航 控制功能。
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毫米波雷达在智能网联汽车中的应用
• 在汽车ADAS系统中，毫米波雷达应用于哪些领域？
• 自适应巡航控制（ACC）、前方避碰 报警（FCW）、盲点检测（BSD）、 辅助停车（PA）、辅助变道（LCA） 等领域。
ADAS毫米波雷达工作路径
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毫米波雷达组成与原理
• FMCW毫米波雷达系统
• FWCW雷达是目前最常用的车载毫米 波雷达，FWCW雷达系统主要包括发 射接收天线、射频前端、调制信号和信 号处理模块。
• 毫米波雷达是通过对接收信号和发射信 号的处理，实现对目标的探测距离、方 位和相对速度的测量。
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超声波雷达原理与应用
• 超声波雷达的主要性能指标有哪些？
• ①工作频率。是指压电晶片的共振频率, 当两端交流电压频率等于晶片的谐振频 率时，雷达波的传输能量输出最大，灵 敏度也最高。
• ②工作温度。超声波雷达的工作温度取 决于应用的条件，诊断型超声波雷达功 率小，工作温度相对较低，能长期工作 而不发生故障。有些应用会产生大量的 热量，需要单独冷却。
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毫米波雷达在智能网联汽车中的应用
• （1）自适应巡航（ACC）
• 自适应巡航是一种驾驶辅助功能，它可 以按照设定的车速或距离跟随前面的车 辆，或者根据前面的车速主动控制车辆 的行驶速度，最终使车辆与前面的车辆 保持安全距离。其优点是可以有效地解 放驾驶员的脚，提高驾驶舒适性。
• s=ct/2 • 请说说目标距离测定的原理是什么？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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毫米波雷达组成与原理
• 根据毫米波雷达的有效射程， 车载毫米波雷达可分为长距 离雷达（LRR）、中距离雷 达（MRR）和短距离雷达 （SRR）。以ACC自适应巡 航为例，车速大于25 km/h 时，ACC自适应巡航才会起 作用，而当车速降低到25 km/h以下时，就需要进行 人工控制。当将所用雷达升 级到77GHz毫米波雷达后， 与24GHz雷达系统相比，识 别率提高了3倍速度和实测 值，距离精度提高3～5倍， 对前车距离的监测更为准确、 快速。
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毫米波雷达组成与原理
• （2）毫米波雷达系统组成
• 毫米波雷达系统主要包括天线、收发系 统、信号处理系统、收发芯片和天线。
• 印刷电路板是毫米波雷达的硬件核心。 其中，收发芯片通常使用一种特殊的半 导体，如硅锗双极晶体管。
• 这些硅锗基芯片不能实现更高的集成度， 因此，雷达系统通常需要多个芯片和外 围设备。
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超声波雷达原理与应用
• 超声波雷达的工作原理
超声波雷达的工作原理图
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超声波雷达原理与应用
• 请说说汽车前方的超声波雷达传感器返 回的探测距离与时间的关系是什么？
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超声波雷达原理与应用
• 2.车载超声波雷达应用
• 车载超声波雷达主要分为哪两类？请说 说各自的用途？
• （1）MMIC单片微波集成电路
• MMIC具有电路损耗低、噪声低、频带 宽、动态范围大、功率大、抗电磁辐射 能力强等特点。包括各种各样的功能电 路，如低噪声放大器（LNA）、功率放 大器、混频器、探测器、调制器、压控 振荡器（VCO）、移相器等等。
雷达
MMIC
天线板
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毫米波雷达组成与原理
• 基于SIGE技术的77GHz毫米波雷达系 统可以满足汽车的应用需求，但它占用 了大量的板空间，而且价格昂贵，使用 成本较高。
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毫米波雷达组成与原理
• 单片微波集成电路（MMIC）芯片和天线印制电路板是毫米波雷达的硬件核心。 以调频连续波汽车雷达系统为例，天线的结构主要包括天线、收发模块和信号 处理模块。
范围内，根据波传播理论，频率越高， 波长越短，分辨率越高，穿透能力越强， 但传播过程中损耗越大，传输距离越短。 • 相对而言，频率越低，波长越长，绕射 能力越强，传输距离越远。因此，与微 波相比，毫米波具有分辨率高、方向性 好、抗干扰能力强、检测性能好等特点。 • 与红外线相比，毫米波具有大气衰减小、 对烟雾的穿透性好、受天气影响小等特 点，毫米波雷达具有全天候工作的能力。
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超声波雷达原理与应用
• 在实际应用中，还应考虑多普勒效应、 温度影响、噪声干扰、线性驱动干扰、 机械特性等。但是，一般来说，返回数 据的误差非常小，一般最大误差不超过 ±5cm。
• 在正常情况下，基本障碍物与同一障碍 物之间的距离不会波动。一般来说，超 声波雷达的最大探测距离约为2.5m～ 5m，最小探测距离约为25cm～35cm， 超声波雷达波会产生余震，如果余震期 间探测距离过短，会导致盲点从而无法 确定与障碍物的距离。
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超声波雷达原理与应用
• 超声波通常由LIN总线驱动，每一个超声波都需要一个超声波雷达ID来帮助区分。 超声波雷达是一种无源传感器。超声波能在1秒内传输最大20Hz的检测信息，在 超声波接收到信号后，进行一轮超声波检测，然后将采集到的信息返回终端。
案例：丰田雷克萨斯泊车雷达的工作原理图
电源和CAN接口
MCU
FlexRayTM接口
雷达前端
LO
发射
PA
VCO PLL
控制
输出
BB
接收
Proc
输入
发射
输出
PA
Control
BB Proc
接收 输入
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毫米波雷达组成与原理
• 通过三维扫描，可以更可靠地检测出物体的正面、左侧和右侧以及上下方向。
• 例如，通过检测上面设置的道路标志 的高度，可以正确识别车辆前面的物 体。道路上的障碍物可以从更远的位 置识别，从而提高高速区域碰撞安全 系统的性能。毫米波雷达测距方法非 常简单，即先发射无线电波，然后接 收回波，根据发射和接收的时间差测 量目标的位置数据和相对距离。根据 电磁波传播速度，确定目标距离的公 式为：
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毫米波雷达组成与原理
• 请说说77GHz毫米波雷达主要优势有哪些？
• 1）探测距离越远。带宽越大，天线越 小，功率越集中，探测距离越远；
• 2）独特的频段。24 GHz为了减少对电 信信号与射电天文信号的干扰，欧盟限 制了仅用于短程雷达的24GHz车载毫 米波雷达的传输功率，而77GHz则相 对独特。
• 毫米波是指长度为1～10毫米的电磁波，毫 米波的频带频率高于射频，低于可见光和 红外线，相应的频率范围为30～300GHz。
• 目前，毫米波段有24GHz、60GHz、 77GHz、120GHz，其中24 GHz和77 GHz 用于汽车。
• 24GHz主要用于5-70米的中、短程检测， 主要用于BSD、LDW、LKA、LCA、PA， 77GHz主要用于100-250米的中、远程检 测，如ACC、FCW、AEB等。
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学习目标
1 知道汽车雷达的分类及特征区别
2
了解超声波雷达的结构、原理和性 能指标
3
熟悉超声波雷达在智能网联汽车中 的应用
4
了解毫米波雷达的结构、原理及特 点
5
熟悉毫米波雷达在智能网联汽车中 的应用
6 了解激光雷达的结构、原理及特点
7
熟悉激光雷达在智能网联汽车中的 应用
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0
1
• 超声波雷达
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超声波雷达原理与应用
• 1.车载超声波雷达基础知识
• 汽车雷达可分为超声波雷达、毫米波雷 达、激光雷达等。雷达的原理不同，其 性能特点也有各自的优点，可用于实现 不同的功能。
• 不同雷达波的特征
F > 20KHz
F > 30GHz
F ~ THz
超声波
毫米波
激光
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• （2）雷达天线高频印刷电路板
• 毫米波雷达结构包括天线、收发模块、 信号处理模块等。射频收发器前端是雷 达系统的核心部件。
• 前端主要包括波导结构的前端、微带结 构的前端和前端的单片集成。
• 典型的射频前端主要包括天线、线性 VCO、放大器和平衡混频器部分，前 端混频输出的中频信号通过中频放大送 至下一级的数据处理部分。
• 3）毫米波元件的尺寸比微波小得多， 更容易实现小型化。
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毫米波雷达组成与原理