智能網(wǎng)聯(lián)汽車 3-2 認知高精度定位系統(tǒng) 教案

課題任務二認知高精度定位系統(tǒng)課時1課型新課學科智能網(wǎng)聯(lián)汽車教師學習目標知識目標：1.能說出高精度定位系統(tǒng)的作用。2.能描述高精度定位系統(tǒng)的要求。3.能說明高精度定位系統(tǒng)的組成。4.能闡述高精度定位系統(tǒng)的關鍵技術。5.能說明我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設發(fā)展。素質(zhì)目標：1.通過學習我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)建設發(fā)展，引導學生樹立不斷探索的科學精神，提高科學素養(yǎng)。2.通過學習高精度定位系統(tǒng)，引導學生關注全球議題，增強國家競爭力。教學重點1.能描述高精度定位系統(tǒng)的要求。2.能說明高精度定位系統(tǒng)的組成教學難點高精度定位系統(tǒng)的組成。教學方法講授法教學資源教學視頻、PPT教學過程教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容一、導入上節(jié)課我們了解了超聲波雷達，今天我們來認識毫米波雷達。我們先看一個視頻。播放視頻：毫米波雷達二、教學過程同學們發(fā)現(xiàn)了嗎，通過視頻，我們可以知道毫米波是毫米波雷達是通過發(fā)射和接收無線電波來測量車輛與車輛之間的距離、角度和相對速度的裝置。那么，毫米波雷達到底是什么？提問1：什么是毫米波雷達？明確1：毫米波雷達是通過發(fā)射和接收無線電波來測量車輛與車輛之間的距離、角度和相對速度的裝置。毫米波雷達向周圍發(fā)射電磁波，通過測定和分析反射波以計算障礙物的距離、方向和大小。那么，毫米波雷達是有哪些類型的呢？提問2：毫米波雷達的類型有哪些？明確2：目前應用在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領域的毫米波雷達主要有3個頻段，分別是24GHz，77GHz和79GHz1）根據(jù)毫米波雷達頻率可以分為24GHz毫米波雷達、77GHz毫米波雷達和79GHz毫米波雷達。2）根據(jù)毫米波雷達的有效射程可分為長距離雷達（LRR）、中距離雷達（MRR）和短距離雷達（SRR）。接下來我們來了解毫米波雷達的組成。提問3：毫米波雷達的組成有哪些？明確3：毫米波雷達由單片微波集成電路（MMIC）芯片、天線印制電路板、收發(fā)模塊、信號處理模塊。主要包括的部件如上圖。在車載毫米波雷達領域，應用比較廣泛的是調(diào)頻式連續(xù)毫米波雷達（FMCW），有近距離測量以及測速的優(yōu)勢。那么，其工作原理我們了解一下。提問4：毫米波雷達工作原理是什么？明確4：FMCW雷達是利用多普勒效應進行障礙物的探測，它通過發(fā)射源（天線）向目標發(fā)射毫米波信號，在掃頻周期內(nèi)通過調(diào)頻發(fā)射頻率變化的連續(xù)波（常見的調(diào)頻方式有三角波、鋸齒波、編碼調(diào)制或者噪聲調(diào)頻等），遇到障礙物體后，發(fā)射的電磁波被反射，產(chǎn)生與發(fā)射信號有一定頻率差的回波，并分析發(fā)射信號頻率和反射信號頻率之間的差值，精確測量出目標相對于雷達的距離、運動速度和方位角等信息。原理如圖：毫米波雷達具有測距功能，雷達調(diào)頻器通過天線發(fā)射毫米波信號，發(fā)射信號遇到目標后，經(jīng)目標的反射會產(chǎn)生回波信號，發(fā)射信號與回波信號相比形狀相同，時間上存在差值。發(fā)射信號與反射信號間的頻率差值直接取決于和目標之間的距離。距離越大，則發(fā)射信號接收的往返時間越長，并且發(fā)射頻率與接收頻率間的差值越大。測距原理如圖：同時，毫米波雷達具有測速功能，當目標與雷達信號發(fā)射源之間存在相對運動時，發(fā)射信號與回波信號之間除存在時間差外，頻率上還會產(chǎn)生多普勒位移。例如，當前方車輛快速行駛時，車距加大，由于多普勒效應，反射信號（ΔfD）的頻率將變小。這將導致上坡(Δf1)和下坡(Δf2)時的頻率產(chǎn)生差值。測速原理如圖：在測量方位角時，它的原理是通過毫米波雷達的發(fā)射天線TX發(fā)射出毫米波后，遇到被監(jiān)測物體反射回來，通過毫米波雷達并列的接收天線RX1、RX2，通過收到同一監(jiān)測目標反射回來的毫米波的相位差，就可以計算出被監(jiān)測目標的方位角。毫米波雷達具有探測性能穩(wěn)定、作用距離較長、識別精度高、環(huán)境適用性好等特點。它的應用前景如何？提問5：毫米波雷達應用前景如何？明確5：毫米波雷達分辨力不高，對行人探測反射波較弱，無法精確識別行人、交通標示符號和信號燈，需與視覺傳感器互補使用。毫米波雷達可實現(xiàn)自適應巡航控制