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毫米波雷达:唯一能够“全天候全天时”工作的ADAS核心传感器

导读: 毫米波雷达凭借其可穿透尘雾、雨雪、不受恶劣天气影响的绝对优势,且唯一能够“全天候全天时”工作的超强能力,成为了汽车ADAS不可或缺的核心传感器之一!

科技改变生活,但安全永远第一

汽车作为人们最重要的交通工具,没有什么比它更能影响着人们的日常出行和生活方式。自1886年世界上第一辆三轮汽车诞生以来,人们就怀揣着无人驾驶的梦想,一直致力于发展和革新汽车技术。现在我们已经欣喜看到一些无人驾驶的概念车型面世,可就在今年3月,Uber自动驾驶汽车撞死行人一事给如火如荼的无人驾驶发展前景蒙上了一层阴影,也让人们意识到科技给人们带来方便和快捷的同时,必须牢记“安全永远第一”!

毫米波雷达:唯一能够“全天候全天时”工作的ADAS核心传感器

图1 世界上第一辆三轮汽车和Smart无人驾驶概念车

据麦姆斯咨询介绍,虽然真正的无人驾驶汽车还需等待时日,作为主动防护汽车驾驶安全的高级驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance Systems,简称ADAS)正在逐渐成熟和普及。ADAS主要利用安装在车上的各式各样传感器收集数据,在行驶过程中随时感知周围的环境,收集数据,进行静态、动态物体的识别、侦测与追踪,并结合导航仪地图数据,进行系统的运算与分析,从而预先让驾驶者察觉到可能发生的危险,有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性。目前感知环境的ADAS传感器有摄像头、超声波传感器和毫米波雷达等。当然,自动驾驶汽车还需要车载激光雷达。

一直以来,激光雷达因能对周围环境实现3D感知而备受自动驾驶主流者的“宠爱”。不过无论是激光雷达还是摄像头、超声波传感器,都容易受恶劣天气环境影响导致性能降低甚至失效(恶劣天气环境往往是事故高发的主要原因),因而都存在“致命”缺陷!这种时候,毫米波雷达凭借其可穿透尘雾、雨雪、不受恶劣天气影响的绝对优势,且唯一能够“全天候全天时”工作的超强能力,成为了汽车ADAS不可或缺的核心传感器之一!

下面,我们和毫米波雷达来一次“亲密接触”,了解一下它的概念和工作原理。

毫米波雷达——全天候全天时工作

毫米波雷达,顾名思义,就是工作在毫米波频段的雷达。毫米波(Millimeter-Wave,缩写:MMW),是指长度在1~10mm的电磁波,对应的频率范围为30~300GHz。如图2,毫米波位于微波与远红外波相交叠的波长范围,所以毫米波兼有这两种波谱的优点,同时也有自己独特的性质。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。

毫米波雷达:唯一能够“全天候全天时”工作的ADAS核心传感器

图2 电磁波谱

根据波的传播理论,频率越高,波长越短,分辨率越高,穿透能力越强,但在传播过程的损耗也越大,传输距离越短;相对地,频率越低,波长越长,绕射能力越强,传输距离越远。所以与微波相比,毫米波的分辨率高、指向性好、抗干扰能力强和探测性能好。与红外相比,毫米波的大气衰减小、对烟雾灰尘具有更好的穿透性、受天气影响小。这些特质决定了毫米波雷达具有全天时全天候的工作能力。

大气窗口和毫米波雷达的频段划分

通常大气层中水汽、氧气会对电磁波有吸收作用,目前绝大多数毫米波应用研究集中在几个“大气窗口”频率和三个“衰减峰”频率上。所谓的“大气窗口”是指电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段。如图3,我们可以看到毫米波传播受到衰减较小的“大气窗口”主要集中在35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz频段附近。而在60GHz、120GHz、180GHz频段附近衰减出现极大值,即“衰减峰”。一般说来,“大气窗口”频段比较适用于点对点通信,已被低空空地导弹和地基雷达所采用,而“衰减峰”频段被多路分集的隐蔽网络和系统优先选用,用以满足网络安全系数的要求。

毫米波雷达:唯一能够“全天候全天时”工作的ADAS核心传感器

图3 毫米波不同频段大气衰减趋势图

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