耀學(xué)堂 | 技術(shù)咖教你看懂毫米波雷達(dá)

提到毫米波雷達(dá)，就要先提“物聯(lián)網(wǎng)”，眾所周知，物聯(lián)網(wǎng)的定義就是通過各種傳感器，按約定的協(xié)議，把物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。

毫米波雷達(dá)是物聯(lián)網(wǎng)中不可或缺的傳感器之一，是一種廣泛用于測距和探測物體的無線電傳感器。毫米波傳感器一般包括三個主要部分：

發(fā)射機TX：放大并發(fā)射毫米波信號

接收機RX：接收目標(biāo)反射回來的毫米波信號

信號處理DSP：處理信號以獲得物體的信息

利用物體的距離、速度和角度信息可以開發(fā)更高層的應(yīng)用。

毫米波雷達(dá)的優(yōu)勢

對于智能時代而言，傳感器已經(jīng)不僅僅是采集數(shù)據(jù)的眼睛和耳朵，更是高端制造、流程控制、聯(lián)網(wǎng)操作的大腦和心臟。毫米波傳感器利用雷達(dá)的原理，賦予智能設(shè)備感知的能力。由于毫米波雷達(dá)不容易受環(huán)境（溫度、光線等）的影響，能夠穿透塑料、墻板和衣服等非金屬材料，決定了它可以在更廣闊的民用領(lǐng)域（交通、安防、家居、衛(wèi)浴、健康、照明、農(nóng)業(yè)等）中占據(jù)C位。

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測距原理

毫米波雷達(dá)使用線性調(diào)頻信號作為發(fā)射信號，使用匹配濾波器來提高接收回波的信噪比。

線性調(diào)頻測距四步

① 合成器產(chǎn)生線性調(diào)頻信號。

② 線性調(diào)頻信號由天線發(fā)射。

③ 信號反射回來由接收天線接收。

④ 接收信號與發(fā)射信號混頻產(chǎn)生中頻信號。

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測速原理

對于運動的目標(biāo)，發(fā)射信號與接收信號之間存在頻率差 Δf ，這個頻率差被稱為多普勒頻率。

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測角原理

目標(biāo)距離的微小變化會導(dǎo)致range-FFT峰值的相位變化。角度估計至少需要2個RX天線。從目標(biāo)到每個天線的差分距離Δd導(dǎo)致FFT峰值發(fā)生相位變化，該相位變化用于估計到達(dá)角。

角度θ 也稱為到達(dá)角（AoA），假設(shè)天線間距離為d則?d=dsin(θ)，因此可估算出到達(dá)角為θ=sin(λω/2πd)，當(dāng)θ 接近0 °時，角度的估算精度較高,隨著θ 角度的增大估算精度降低，當(dāng)θ 接近90°時，誤差最大。

毫米波雷達(dá)芯片結(jié)構(gòu)

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多芯片毫米波雷達(dá)傳感器

復(fù)雜的元器件連接和布線

抗干擾能力差

系統(tǒng)設(shè)計和控制難

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單芯片毫米波雷達(dá)傳感器

方案尺寸小

方案設(shè)計簡單

器件少

高精度

低功耗

毫米波雷達(dá)主要參數(shù)

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發(fā)射頻率

常用的毫米波雷達(dá)頻段為24GHz、60GHz和77GHz這三個頻段。

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探測距離

即毫米波雷達(dá)能夠探測到的范圍，測距能力與很多因數(shù)有關(guān)。探測距離主要與發(fā)射功率、天線增益、天線波束角和物體反射截面積。通常發(fā)射功率越大，天線增益越高、天線波束角越窄以及物體反射截面積越大，雷達(dá)能夠檢測到的有效回波就越強，測量距離就越遠(yuǎn)。

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探測精度

即單目標(biāo)的速度測量精度，數(shù)據(jù)取決于信噪比（衡量雷達(dá)接收信號質(zhì)量的單位）。信噪比高不高，是衡量毫米波雷達(dá)的目標(biāo)檢測性能是否強大的根本參數(shù)。

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測速范圍

毫米波雷達(dá)的測速是利用多普勒效應(yīng)原理，當(dāng)目標(biāo)向雷達(dá)天線靠近時，反射信號頻率將高于發(fā)射機頻率；反之，當(dāng)目標(biāo)遠(yuǎn)離天線而去時，反射信號頻率將低于發(fā)射機頻率。

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測速精度

即單目標(biāo)的速度測量精度，數(shù)據(jù)取決于信噪比（衡量雷達(dá)接收信號質(zhì)量的單位）。信噪比高不高，是衡量毫米波雷達(dá)的目標(biāo)檢測性能是否強大的根本參數(shù)。

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天線波束角度范圍

天線波束形狀一般用水平和垂直面內(nèi)的波束寬度來表示(3dB表示)。常見的波束形狀有扇形、針狀和余割平方形。天線的波束角度范圍越窄，輻射的能量更集中，雷達(dá)測測的距離會越遠(yuǎn)。

只要了解以上的基礎(chǔ)知識，咱們對毫米波雷達(dá)就有了全新的認(rèn)識。隨著萬物互聯(lián)時代的日漸成熟，毫米波雷達(dá)已經(jīng)真正走進(jìn)我們的尋常生活，為人們帶來美好便捷、安全健康的智慧生活新體驗。