雷达技术的进步使更复杂的分析、检测和跟踪。
雷达(缩写无线电探测和测距)使用无线电波探测环境中的对象。它允许确定距离(称为范围),角位置(轴承),和速度。雷达技术是二战期间为军事用途开发的,但现在很多民事应用程序,包括空中或海上交通管制、天文学、海洋和气象监测、测高法、地质观察,和汽车应用。
雷达系统包括一个发射器,它会发出电磁射频波(雷达信号)在一个确定的方向。信号反射目标对象(回声)然后雷达接收器检测到的。反射的大小是由对象的材料属性、大小以及形状雷达截面(RCS)。通过处理这个反射信号,目标可以确定的属性。
汽车雷达系统操作使用所谓的调频连续波(FMCW)。系统传输连续波在某一频率,然后调制在一段时间内t .这使传输信号“时间戳”。然后信号传播到目标和部分反射回来。雷达探测反射信号和比较原始,混合处理产生的信号。提出了一种简化的示意图如图1所示。
图1:汽车FMCW雷达-原理和构建块。
这种雷达信号的一个例子是图2和图3所示。返回的信号在传播一个形状类似,但及时转变为双向旅行从雷达目标需要一个时间∆t R到目标的距离成正比:
c是光的速度。
图2:锯齿FMCW雷达信号:频率和时间。
图3:FMCW雷达信号:振幅和时间。
通过比较原始信号的反射波在任何给定时刻的时候,可以观察到的频移∆f。这种转变使得确定范围R每段信号或“唧唧声。“如果信号监控几个啾啾,额外的频移fD将检测到目标朝着或远离雷达,由于多普勒效应。这使得确定目标的速度。最后,如果不同的渠道被认为,使用空间分布式天线,可以建立信号的到达方向,获得的2 d或3 d位置的目标。
这意味着,4 d检测(范围、方位角和仰角方向和速度),需要一个时空处理的信号。,需要数字化信号进一步处理和保存。第一步将创建所谓的“雷达数据集”。
雷达数据立方体的三维图形描述时空处理的雷达数据存储。它总结了三个基本步骤获取范围、速度和方位信息。
正如上面提到的,接收到的信号采样进行处理。第一步是执行FFT(快速傅里叶变换),这样每个样本对应一个“本”在所谓的“快速获取范围信息。“这是如图4所示。重复该过程对于每个啾啾,形成一个框架。
图4:雷达处理:FFT范围。
一旦所有的芯片在一个框架已经收购了,保存,和处理,执行Doppler-FFT获得目标的速度信息。这个评价是每帧做一次。,每一个N啾啾。因此,它也被称为“慢时间。”最后,空间的数据在所有可用的渠道相结合,得到的三维雷达数据集,其中包含目标的空间位置信息。雷达数据集的图形表示如图5所示。
图5:雷达数据集。
汽车雷达的部署促进了半导体技术的进步,特别是硅基。而在2010年代早期多通道雷达收发器集成在单一的砷化镓(砷化镓)MMIC(单片微波集成电路),现在使用的硅锗(锗硅)增加了集成密度和降低了大规模生产的成本。下一个挑战将是过渡到CMOS(互补金属氧化物半导体),这将使进一步的集成数字电路的死亡,同时保持良好的射频性能。
然而,实现雷达系统,每个雷达模块必须包含一个或多个MMICs收发器,发射雷达信号,探测障碍的回声和执行一些信号调节和指状突起准备原始雷达数据处理单元进行进一步分析。以后可以成为一个微控制器单元(MCU)为基本处理,但随着雷达技术的进步soc芯片(系统)越来越多地用于实现更复杂的分析、检测和跟踪的目标。
图6显示了不同步骤的处理雷达信号在整个接收路径。而模拟射频处理和转换成数字信号总是执行MMIC,信号分析的接口是不固定的。与日益复杂的雷达体系结构和信号处理等步骤第一FFT MMIC已经可以被执行。此外,它也可以将雷达收发机和一个处理单元,单片芯片等一些应用雷达。
图6:雷达处理步骤。
在未来,可以实现更复杂的结构,周围几个卫星雷达分布式汽车。雷达模块将执行只有数量有限的预处理之前交付数据,例如,范围和点云,中央控制单元(ECU),这可以运用更先进的处理和数据融合,不仅卫星雷达模块,而且其他的传感器。
这个条目提供了概述FMCW雷达的工作原理,用于汽车应用程序和它的实现使用MMICs和单片机/ SoC。
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