毫米波雷達：唯一能夠“全天候全天時(shí)”工作的ADAS核心傳感器

　　科技改變生活，但安全永遠第一

　　汽車(chē)作為人們最重要的交通工具，沒(méi)有什么比它更能影響著(zhù)人們的日常出行和生活方式。自1886年世界上第一輛三輪汽車(chē)誕生以來(lái)，人們就懷揣著(zhù)無(wú)人駕駛的夢(mèng)想，一直致力于發(fā)展和革新汽車(chē)技術(shù)?，F在我們已經(jīng)欣喜看到一些無(wú)人駕駛的概念車(chē)型面世，可就在今年3月，Uber自動(dòng)駕駛汽車(chē)撞死行人一事給如火如荼的無(wú)人駕駛發(fā)展前景蒙上了一層陰影，也讓人們意識到科技給人們帶來(lái)方便和快捷的同時(shí)，必須牢記“安全永遠第一”!

　　圖1 世界上第一輛三輪汽車(chē)和Smart無(wú)人駕駛概念車(chē)

　　據麥姆斯咨詢(xún)介紹，雖然真正的無(wú)人駕駛汽車(chē)還需等待時(shí)日，作為主動(dòng)防護汽車(chē)駕駛安全的高級駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems，簡(jiǎn)稱(chēng)ADAS)正在逐漸成熟和普及。ADAS主要利用安裝在車(chē)上的各式各樣傳感器收集數據，在行駛過(guò)程中隨時(shí)感知周?chē)沫h(huán)境，收集數據，進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)物體的識別、偵測與追蹤，并結合導航儀地圖數據，進(jìn)行系統的運算與分析，從而預先讓駕駛者察覺(jué)到可能發(fā)生的危險，有效增加汽車(chē)駕駛的舒適性和安全性。目前感知環(huán)境的ADAS傳感器有攝像頭、超聲波傳感器和毫米波雷達等。當然，自動(dòng)駕駛汽車(chē)還需要車(chē)載激光雷達。

　　一直以來(lái)，激光雷達因能對周?chē)h(huán)境實(shí)現3D感知而備受自動(dòng)駕駛主流者的“寵愛(ài)”。不過(guò)無(wú)論是激光雷達還是攝像頭、超聲波傳感器，都容易受惡劣天氣環(huán)境影響導致性能降低甚至失效(惡劣天氣環(huán)境往往是事故高發(fā)的主要原因)，因而都存在“致命”缺陷!這種時(shí)候，毫米波雷達憑借其可穿透塵霧、雨雪、不受惡劣天氣影響的絕對優(yōu)勢，且唯一能夠“全天候全天時(shí)”工作的超強能力，成為了汽車(chē)ADAS不可或缺的核心傳感器之一!

　　下面，我們和毫米波雷達來(lái)一次“親密接觸”，了解一下它的概念和工作原理。

　　毫米波雷達——全天候全天時(shí)工作

　　毫米波雷達，顧名思義，就是工作在毫米波頻段的雷達。毫米波(Millimeter-Wave，縮寫(xiě)：MMW)，是指長(cháng)度在1~10mm的電磁波，對應的頻率范圍為30~300GHz。如圖2，毫米波位于微波與遠紅外波相交疊的波長(cháng)范圍，所以毫米波兼有這兩種波譜的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也有自己獨特的性質(zhì)。毫米波的理論和技術(shù)分別是微波向高頻的延伸和光波向低頻的發(fā)展。

　　圖2 電磁波譜

　　根據波的傳播理論，頻率越高，波長(cháng)越短，分辨率越高，穿透能力越強，但在傳播過(guò)程的損耗也越大，傳輸距離越短;相對地，頻率越低，波長(cháng)越長(cháng)，繞射能力越強，傳輸距離越遠。所以與微波相比，毫米波的分辨率高、指向性好、抗干擾能力強和探測性能好。與紅外相比，毫米波的大氣衰減小、對煙霧灰塵具有更好的穿透性、受天氣影響小。這些特質(zhì)決定了毫米波雷達具有全天時(shí)全天候的工作能力。

　　大氣窗口和毫米波雷達的頻段劃分

　　通常大氣層中水汽、氧氣會(huì )對電磁波有吸收作用，目前絕大多數毫米波應用研究集中在幾個(gè)“大氣窗口”頻率和三個(gè)“衰減峰”頻率上。所謂的“大氣窗口”是指電磁波通過(guò)大氣層較少被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段。如圖3，我們可以看到毫米波傳播受到衰減較小的“大氣窗口”主要集中在35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz頻段附近。而在60GHz、120GHz、180GHz頻段附近衰減出現極大值，即“衰減峰”。一般說(shuō)來(lái)，“大氣窗口”頻段比較適用于點(diǎn)對點(diǎn)通信，已被低空空地導彈和地基雷達所采用，而“衰減峰”頻段被多路分集的隱蔽網(wǎng)絡(luò )和系統優(yōu)先選用，用以滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )安全系數的要求。

　　圖3 毫米波不同頻段大氣衰減趨勢圖