耀学堂 | 技术咖教你看懂毫米波雷达

提到毫米波雷达，就要先提“物联网”，众所周知，物联网的定义就是通过各种传感器，按约定的协议，把物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

 

毫米波雷达是物联网中不可或缺的传感器之一，是一种广泛用于测距和探测物体的无线电传感器。毫米波传感器一般包括三个主要部分：

发射机TX：放大并发射毫米波信号

接收机RX：接收目标反射回来的毫米波信号

信号处理DSP：处理信号以获得物体的信息

利用物体的距离、速度和角度信息可以开发更高层的应用。

 

毫米波雷达的优势

 

对于智能时代而言，传感器已经不仅仅是采集数据的眼睛和耳朵，更是高端制造、流程控制、联网操作的大脑和心脏。毫米波传感器利用雷达的原理，赋予智能设备感知的能力。由于毫米波雷达不容易受环境（温度、光线等）的影响，能够穿透塑料、墙板和衣服等非金属材料，决定了它可以在更广阔的民用领域（交通、安防、家居、卫浴、健康、照明、农业等）中占据C位。

 

 

 

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测距原理

 

毫米波雷达使用线性调频信号作为发射信号，使用匹配滤波器来提高接收回波的信噪比。

 

线性调频测距四步

 

① 合成器产生线性调频信号。

② 线性调频信号由天线发射。

③ 信号反射回来由接收天线接收。

④ 接收信号与发射信号混频产生中频信号。

 

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测速原理

 

对于运动的目标，发射信号与接收信号之间存在频率差 Δf ，这个频率差被称为多普勒频率。

 

 

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测角原理

 

目标距离的微小变化会导致range-FFT峰值的相位变化。角度估计至少需要2个RX天线。从目标到每个天线的差分距离Δd导致FFT峰值发生相位变化，该相位变化用于估计到达角。

 

 

角度θ 也称为到达角（AoA），假设天线间距离为d则∆d=dsin(θ)，因此可估算出到达角为θ=sin(λω/2πd)，当θ 接近0 °时，角度的估算精度较高,随着θ 角度的增大估算精度降低，当θ 接近90°时，误差最大。

 

毫米波雷达芯片结构

 

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多芯片毫米波雷达传感器

复杂的元器件连接和布线
 

抗干扰能力差

系统设计和控制难

 

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单芯片毫米波雷达传感器

 

方案尺寸小

方案设计简单

器件少

高精度

低功耗

 

毫米波雷达主要参数

 

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发射频率

常用的毫米波雷达频段为24GHz、60GHz和77GHz这三个频段。

 

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探测距离

即毫米波雷达能够探测到的范围，测距能力与很多因数有关。探测距离主要与发射功率、天线增益、天线波束角和物体反射截面积。通常发射功率越大，天线增益越高、天线波束角越窄以及物体反射截面积越大，雷达能够检测到的有效回波就越强，测量距离就越远。

 

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探测精度

即单目标的速度测量精度，数据取决于信噪比（衡量雷达接收信号质量的单位）。信噪比高不高，是衡量毫米波雷达的目标检测性能是否强大的根本参数。

 

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测速范围

毫米波雷达的测速是利用多普勒效应原理，当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射机频率。

 

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测速精度

即单目标的速度测量精度，数据取决于信噪比（衡量雷达接收信号质量的单位）。信噪比高不高，是衡量毫米波雷达的目标检测性能是否强大的根本参数。

 

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天线波束角度范围

天线波束形状一般用水平和垂直面内的波束宽度来表示(3dB表示)。常见的波束形状有扇形、针状和余割平方形。天线的波束角度范围越窄，辐射的能量更集中，雷达测测的距离会越远。

 

只要了解以上的基础知识，咱们对毫米波雷达就有了全新的认识。随着万物互联时代的日渐成熟，毫米波雷达已经真正走进我们的寻常生活，为人们带来美好便捷、安全健康的智慧生活新体验。