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耀學堂 | 技術(shù)咖教你看懂毫米波雷達

全耀傳感科技(廈門)有限公司 ? 2023-04-11 11:44 ? 次閱讀

提到毫米波雷達,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。

毫米波雷達是物聯(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)更高層的應用。

毫米波雷達的優(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的原理,賦予智能設備感知的能力。由于毫米波雷達不容易受環(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。

1

測距原理

毫米波雷達使用線性調(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。

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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。

2

測速原理

對于運動的目標,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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3

測角原理

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

7cd3f2d2-d4cb-11ed-ad0d-dac502259ad0.png7cf2e890-d4cb-11ed-ad0d-dac502259ad0.png

角度θ 也稱為到達角(AoA),假設天線間距離為d則?d=dsin(θ),因此可估算出到達角為θ=sin(λω/2πd),當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θ 接近90°時,誤差最大。

毫米波雷達芯片結(jié)構(gòu)

1

多芯片毫米波雷達傳感器

復雜的元器件連接和布線

抗干擾能力差

系統(tǒng)設計和控制難

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2

單芯片毫米波雷達傳感器

方案尺寸小

方案設計簡單

器件少

高精度

低功耗

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毫米波雷達主要參數(shù)

1

發(fā)射頻率

常用的毫米波雷達頻段為24GHz、60GHz和77GHz這三個頻段。

2

探測距離

即毫米波雷達能夠探測到的范圍,測距能力與很多因數(shù)有關。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,雷達能夠檢測到的有效回波就越強,測量距離就越遠。

3

探測精度

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

4

測速范圍

毫米波雷達的測速是利用多普勒效應原理,當目標向雷達天線靠近時,反射信號頻率將高于發(fā)射機頻率;反之,當目標遠離天線而去時,反射信號頻率將低于發(fā)射機頻率。

5

測速精度

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

6

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,雷達測測的距離會越遠。

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

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