自动驾驶“三驾马车”之毫米波雷达，原理其实蛮简单

激光雷达、毫米波雷达、摄像头，被称为自动驾驶传感系统的“三驾马车”。激光雷达很贵，摄像头有先天缺陷，但毫米波雷达却是所有高级别自动驾驶ADAS不可或缺的标配，本文从科普角度为读者介绍毫米波雷达。

什么是毫米波

毫米波，英文名称为Millimeter Wave，缩写为MMW，波长为1～10毫米，频率为30~300GHz的电磁波。

毫米波的频率介于微波和红外线之间，因此兼有这两种波谱的优点，同时具有自己的特性：

    与微波相比，具有体积小、质量轻和分辨率高的优点；

    与红外、激光相比，穿透烟、雾、灰尘能力强，传输距离远，具有全天候全天时的特点；

    性能稳定，不受目标物体形状和颜色的干扰

因此，毫米波雷达很好弥补了红外、激光、摄像头等其他传感器在车载应用中所不具备的使用场景。

毫米波频段之争

大气层中的水汽、氧气等会对电磁波有吸收作用，针对于毫米波的应用主要集中在“大气窗口”和“衰减峰”频率上。

“大气窗口”是指毫米波通过大气层时，衰减比较小、透射率高的波段，主要集中在35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz五个频段附近。

“衰减峰”指的是毫米波衰减出现极大值的波段，集中在60GHz、120GHz、180GHz三个频段附近。

“大气窗口”频段适用于点对点通信，目前已被低空空地导弹和地基雷达采用，而“衰减峰”频段多被一些隐蔽网络所选用，以满足网络安全的要求。

因此，车载毫米波雷达主要集中在24GHz和77GHz这2个频段。

其中，24GHz的波长是1.25cm，严格意义来讲，它应该被称为厘米波。24GHz是最早被划分出来作为民用的频段，也是汽车最早就一直使用的频段雷达。

77GHz的波长是3.9mm，是真正意义上的毫米波。由于天线尺寸随着载波频率上升而变小，所以77GHz波段的毫米波雷达系统尺寸也会比24GHz更紧凑。

77GHz毫米波雷达正逐步取代24GHz，成为汽车领域主流的传感器。

工作原理及组成

毫米波雷达工作原理与激光雷达和摄像头类似，通过天线向外发射毫米波，并接收目标反射信号，通过对信号进行对比和处理，最终完成对目标的分类识别。

毫米波雷达主要由收发天线、前端收发组件、信号处理器及算法三个部分组成。

 天线

主要用于发射和接收毫米波，由于毫米波波长只有几个毫米，而天线长度为波长1/4时，天线的发射和接收转换效率最高，因此天线尺寸可以做的很小，同时还可以使用多根天线来构成阵列。

目前主流天线方案是采用微带阵列，即在印刷电路PCB板上，铺上微带线，形成“微带贴片天线”，以满足低成本和小体积的需求。

前端收发组件MMIC

是毫米波雷达的核心部分，主要负责毫米波信号的调制、发射、接收以及回波信号的解调。

收发组件包含了放大器、振荡器、开关、混频器等多个电子元器件，常采用单片微波集成电路（MonolithicMicrowave Integrated Circuit，MMIC）。MMIC，属于半导体集成电路的一种技术，能降低系统尺寸、功率和成本，还能嵌入更多的功能。

 信号处理器以及算法

通过芯片嵌入不同的算法，对信号进行处理，实现对探测目标的分类识别。

下图为某毫米波雷达的实物拆解图，其中微带贴片天线和前端收发组件MMIC为核心部件，信号处理器集成在了前端收发组件上。

主要作用

为了满足不同距离范围的探测需要，一辆汽车上会安装多颗短程（SRR）、中程（MRR）和长程（LRR）毫米波雷达。

其中24GHz雷达主要实现近程（Short Range Radar）和中程探测（Middle Range Radar），可用于汽车盲点监测、车道偏离预警、泊车辅助等功能。

而77GHz雷达主要实现远程探测（Long Range Radar），可用于自动紧急制动、自适应巡航、前向碰撞预警等主动安全领域的功能。

下图为奔驰S搭载6个毫米波雷达，包括5个短程雷达和1个长程雷达，分别安装在汽车不同部位，以实现泊车辅助、主动巡航控制、制动辅助等功能。

目前毫米波雷达技术主要由大陆、博士、电装、奥托立夫等国外汽车零部件巨头所垄断，特别是77GHz毫米波雷达。

本文节选自《一本书看懂无人驾驶》，新书计划年底出版，欢迎读者关注。