毫米波雷達(dá)傳感器基礎(chǔ)知識(shí)

雷達(dá)應(yīng)用經(jīng)理SandeepRao德州儀器(TI)雷達(dá)系統(tǒng)架構(gòu)師號(hào)被其發(fā)射路徑上的物體阻擋繼而會(huì)發(fā)生反射。通過(guò)毫米波雷達(dá)可發(fā)射波長(zhǎng)為毫米量級(jí)的信號(hào)。在電磁頻短波長(zhǎng)的另一項(xiàng)優(yōu)勢(shì)是高準(zhǔn)確度。工作頻率為76–81連續(xù)發(fā)射調(diào)頻信號(hào)，以測(cè)量距離以及角度和速度。這與周期性2f81GHzf=77GHz2TX天線＞3＞f81GHzf=77GHz2TX天線＞3＞在雷達(dá)系統(tǒng)中，其基本概念是指電磁信號(hào)發(fā)射過(guò)程雷達(dá)系統(tǒng)所用信號(hào)的頻率隨時(shí)間變化呈線性升高。（振幅）相對(duì)時(shí)間的函數(shù)，顯示了線性調(diào)頻脈沖信At圖1.線性調(diào)頻脈沖信號(hào)（以振幅作為時(shí)間的函數(shù)）。函數(shù)）。該線性調(diào)頻脈沖具有起始頻率(fc)、帶寬捉頻率的變化率。在例子中圖2提供的示例中，SS＜＜＞圖2.線性調(diào)頻脈沖信號(hào)（頻率作為時(shí)間的函數(shù)）。雷達(dá)主射頻組件的簡(jiǎn)化框圖。該雷達(dá)的工作原理如11＜＜合成器4混頻器圖3.FMCW雷達(dá)框圖。?物體對(duì)該線性調(diào)頻脈沖的反射生成一個(gè)由接收混頻器是一個(gè)電子組件，將兩個(gè)信號(hào)合并到一起生輸出xout有一個(gè)瞬時(shí)頻率，等于兩個(gè)輸入正弦函數(shù)混頻器的運(yùn)行方式還可以以圖形方式，通過(guò)觀察作fRX線性調(diào)頻脈沖fRX線性調(diào)頻脈沖延時(shí)(t)可通過(guò)數(shù)學(xué)方法推導(dǎo)出方程式4：TXTX線性調(diào)頻脈沖ft圖4.IF頻率恒定不變?；祛l器輸出信號(hào)作為時(shí)間的幅度函數(shù)是一個(gè)正弦 λ λ可輕松對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步校正。上述分析均假設(shè)雷達(dá)僅檢測(cè)到一個(gè)物體。讓我們來(lái)分析一個(gè)檢測(cè)到若干都不一樣，延時(shí)和與該物體的距離成正比。不同的ffTX線性tt接收自多個(gè)物體的反射信號(hào)圖5.針對(duì)多個(gè)物體檢測(cè)發(fā)射的多個(gè)IF單音信號(hào)。*該方程式是一個(gè)近似等式，僅在斜率和距離足夠小時(shí)才有效。不過(guò)，IF信號(hào)的相位與很小的距離變化呈線性關(guān)系（即Δφ=4πΔd/λ)仍然是正確的。**在本介紹性白皮書中，我們忽略IF信號(hào)的頻率與物體速度的依賴關(guān)系。在快速FMCW雷達(dá)中，其影響通常非常小，且在處理完成多普勒FFT后，即可輕松對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步校正。4換加以處理，以便分離不同的-單音。傅里葉變換處理將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)具有不同的分離峰值的頻譜，每個(gè) =__ =__距離分辨率(dRes)僅取決于線性調(diào)頻脈沖掃頻的帶在本節(jié)中，讓我們使用相量表示（距離、角度）來(lái)現(xiàn)峰值，但相位不同。該測(cè)得的相位差對(duì)應(yīng)于速度＜＞ 4 4Tcvmax=圖6.雙線性調(diào)頻脈沖速度測(cè)量。由于速度測(cè)量基于相位差，因而會(huì)存在模糊性。這種測(cè)量?jī)H在|ΔΦ|<π時(shí)具有非模糊測(cè)得的最大相對(duì)速度(vmax)。更高的vmax5如果速度不同的多個(gè)移動(dòng)物體在測(cè)量時(shí)與雷達(dá)的距離相同，則雙線性調(diào)頻脈沖速度測(cè)量方法不起作用。這些物體由于與雷達(dá)的距離相同，因而會(huì)生成IF頻率完全相同的反射線性調(diào)頻脈沖。因此，距離離相同的物體的合并信號(hào)。簡(jiǎn)單的相位比較技術(shù)將在這種情況下，為了測(cè)量速度，雷達(dá)系統(tǒng)必須發(fā)射線性調(diào)頻脈沖。這組線性調(diào)頻脈沖稱為線性調(diào)頻脈NN＜＞Tc圖7.線性調(diào)頻脈沖幀。一個(gè)不同的相位，包含來(lái)自這兩個(gè)物體的相位成分v1v10v2圖8.反射線性調(diào)頻脈沖幀的距離FFT會(huì)產(chǎn)生N個(gè)相量。ω1ω2圖9.多普勒FFT可區(qū)分這兩個(gè)物體。w1和w2對(duì)應(yīng)于各個(gè)物體連續(xù)線性調(diào)頻脈沖之間的w2在Δw=w2–w1>2π/N個(gè)弧度/樣本時(shí)，是可以），物體 雷達(dá)圖10.到達(dá)角。6θmax-θmax濾波器ADCFFT信號(hào)處理>dd+Δdθmax-θmax濾波器ADCFFT信號(hào)處理>dd+Δd角度估算基于下面的觀測(cè)，物體距離的很小變化即該結(jié)果被用于執(zhí)行角度估算，該估算使用至少兩個(gè)圖11.估算AoA需要兩個(gè)天線。在此配置中，相位變化在數(shù)學(xué)上可以推導(dǎo)出方程在假設(shè)平面波前的前提下，基本幾何顯示Δd=lsin(θ)，其中l(wèi)是天線之間的距離。因此，到達(dá)角(θ)可根據(jù)使用方程式16測(cè)得的ΔΦ計(jì)算出來(lái)：系。sin(θ)僅在θ的值很小時(shí)，才是線性函數(shù)的近似值：sin(θ)~θ。角度估算在θ接近零時(shí)最準(zhǔn)確估算準(zhǔn)確度在θ接近90時(shí)降低圖12.AoA估算在值很小時(shí)更準(zhǔn)確。圖13.最大角視場(chǎng)。角度的準(zhǔn)確測(cè)量離不開|Δa|<180°。如果使用方和數(shù)字電子組件，能夠確定附近物體的距離、速度合成器IF信號(hào)射頻模擬數(shù)字圖14.FMCW傳感器的射頻、模擬和數(shù)字組件。7性調(diào)頻脈沖，而且在更新實(shí)際幀期間的線性調(diào)頻脈的毫米波傳感器解決方案能夠在幀開始前，使用四毫米波傳感器能夠輕松使用多個(gè)配置進(jìn)行配置，以便最大限度地從場(chǎng)景中提取有用數(shù)據(jù)量。各個(gè)線性調(diào)頻脈沖和處理后端可以立即量身定制，以便滿足實(shí)時(shí)應(yīng)用需求，如更長(zhǎng)的距離、更高的速度、更高廣泛，從高性能前端雷達(dá)AWR1243傳感器到單芯片雷達(dá)AWR1443傳感器和AWR1以提供更高的靈活性，而且支持軟件集成其他更高級(jí)的算法，如跟蹤和分類。這些單芯片器件提供對(duì)高精度物體數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單訪問(wèn)，這些數(shù)據(jù)包括距離、速度和角度，能夠在越來(lái)越多的需要高性能