77GHz毫米波雷达传感器技术研究
崔春宽，何少斌，李东浩，王崇阳，刘奎
【摘 要】汽车主动安全越来越被重视，很多国家已将其列入法规要求中，现有的汽车主动安全技术有前碰撞预警系统、自动紧急制动系统、自适应巡航系统、盲区监测系统等，而实现上述功能的核心部件便是毫米波雷达传感器。文章主要研究了77GHz毫米波雷达传感器，并对其工作原理、软硬件框架以及实车匹配做了系统描述。 【期刊名称】汽车实用技术 【年(卷),期】2018(000)001 【总页数】4
【关键词】关键字：毫米波雷达；工作原理；软件框架 【文献来源】
https://www.zhangqiaokeyan.com/academic-journal-cn_automobile-applied-
technology_thesis/0201223568289.html
设计研究
前言
汽车主、被动安全逐步成为法规要求项，主动安全产品越来越受到消费者关注，智能化、舒适性电气功能越来越多的成为用户期待的整车功能。智能辅助驾驶系统是当前国家和行业层面重点发展的对象，国家已经制定了相应的发展战略支持，并鼓励各主机厂研究智能辅助驾驶技术。77GHz毫米波雷达作为实现汽车主动安全主要的传感器，将会被越来越多的应用到整车上，是2025年实现高度自动驾驶的关键传感器，通过77GHz毫米波雷达，可以实现前碰撞预警、自动紧急制动、自适应巡航功能，大大提高整车驾驶主、被动安全性[1]。目前
汽车行业内开发的基于77GHz毫米波雷达的防撞预警、自适应巡航功能的车型越来越多，且有很多车型已量产，如新高尔夫、博瑞等车型。
1 毫米波雷达系统工作原理
毫米波雷达通过微带阵列天线向外发射毫米波（调频连续波），接收目标反射信号，处理后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、方位角度等），然后根据所探知的物体信息进行识别和目标追踪，进而结合车身动态信息进行数据处理。经合理决策后，以声、光及触觉等多种方式警告驾驶员，或及时对汽车做出主动干预，减少事故发生几率[2]。工作原理图如图1所示。
1.1 毫米波雷达测距、测速原理
毫米波雷达通过天线向外发射调频连续波（三角波），接收目标反射信号，与本频发射频率混频出中频信号IF，对中频信号IF处理，从而获得目标距离和速度信息。反射波与发射波形状相同：存在一个时间差△t，还包括一个多普勒频移fd。雷达发射信号与反射信号如图 2所示，雷达识别的运动目标与静止目标的反射信号如图3所示。
根据距离公式，求出相距目标的距离： 根据多普勒原理，求出相对目标的相对速度： 1.2 毫米波雷达测角原理
角度测量是探测“目标与天线中心线的连线”与法线的夹角，用于目标定位，从而获得目标与本车位置信息。天线一般需设置为一发两收，采用比相法来实现测角功能。毫米波雷达测角原理图如图4所示。其中接收天线之间相隔距离为 d，造成回波信号一前一后的到达接收天线，导致两根天线同时接收到的信
号在相位上相差一个Δφ，θ为待测角度，经计算得出：
2 毫米波雷达的硬件介绍
整个汽车行业采用的 77GHz毫米波汽车雷达技术方案是多种多样的，其核心射频芯片主要来源英飞凌、恩智浦/飞思卡尔、意法等公司。其中英飞凌采用多芯片射频系统的毫米波雷达技术，收发通道为 2T/4R，系统特点为：2发 4收，发射模块、接收模块分离，集成度较高，采用该方案来设计77GHz射频前端电路具有一定的灵活性，但由于涉及到较多的控制电路设计，后期的调试工作量较大，目前未对国内开放。飞思卡尔采用多芯片射频系统的毫米波雷达技术，收发通道为2T/3R，系统特点为：2发3收，发射模块、接收模块分离，集成度较高，采用该方案来设计77GHz射频前端电路具有一定的灵活性，但由于涉及到比较多的控制电路设计，后期的调试工作量也较大。意法采用单芯片射频系统的毫米波雷达技术，收发通道为 3T/4R，系统特点：3发 4收，发射模块、接收等模块集成设计，辅以MCU等部分电路可构建雷达系统，集成度高，采用该方案来设计 77GHz射频前端电路内部配置灵活，由于涉及到的控制电路少，后期的调试工作量较少、成本低，目前也已对国内开放。
通过以上的对比分析可以看出，77GHz毫米波雷达开发及应用主要取决于前端射频芯片性能，高频段多芯片方案导致设计、调试复杂，开发难度较大。目前意法 ST集成芯片为核心的架构进行77Ghz毫米波雷达开发，具有集成度高、通道多、性能好以及技术开放程度高，有利于快速开发。
3 毫米波雷达的软件架构
毫米波雷达通过整车的 CAN网络，实现与整车的通信和控制。毫米波雷达通过接收反射回来的雷达波进行数据采集，并将回波信号进行识别与处理，经过
77GHz毫米波雷达传感器技术研究
