Новости PCB - Радар миллиметрового диапазона - незаменимый датчик для автономного вождения

В области интеллектуальных датчиков движения, по сравнению с лазерными радарами, радар миллиметрового диапазона является более совершенным, технически он очень развит, и его поставки на рынок весьма значительны. Если взять в качестве примера китайский рынок, то объем продаж автомобильных радаров миллиметрового диапазона в 2015 году составил 1,8 миллиона штук, что примерно соответствует среднему показателю по 1 радару миллиметрового диапазона на каждые 12 автомобилей. Кроме того, уровень проникновения радаров миллиметрового диапазона в Европе очень высок.

Далее мы узнаем больше о бортовых радарах миллиметрового диапазона и приложениях для интеллектуального вождения, связанных с диапазонами частот радаров миллиметрового диапазона, историей разработки, основными принципами, ключевыми технологиями и ожиданиями рынка.

Диапазоны частот миллиметрового диапазона

Миллиметровые волны - это, по сути, электромагнитные волны. Диапазон частот миллиметровых волн является особенным, его частота выше, чем у радио, ниже, чем у видимого света и инфракрасного излучения, а диапазон частот составляет примерно 10-200 ГГц. Миллиметровые волны находятся между микроволновой и ТГц (1000 ГГц), которые можно назвать подмножеством микроволновой.

В этом диапазоне частот характеристики, связанные с миллиметровыми волнами, делают его очень подходящим для применения в автомобилестроении. В настоящее время существует три распространенных диапазона радиолокационных частот миллиметровых волн для применения в автомобилестроении.

Одним из них является диапазон частот 24 ГГц, который в настоящее время используется во многих автомобильных системах мониторинга слепых зон и помощи при смене полосы движения. Радар установлен на заднем бампере автомобиля и используется для отслеживания того, есть ли автомобили на полосах движения позади автомобиля и возможна ли смена полосы движения.

Другой диапазон частот - это печатная плата 77G, частота этого диапазона относительно высока, международная разрешенная полоса пропускания составляет до 800 МГц, согласно представлению Marshal Yuan, производительность радара в этом диапазоне лучше, чем у радара с частотой 24 ГГц, поэтому он в основном используется для установки в передний бампер транспортного средства, для определения расстояния между впереди идущим транспортным средством и скорости движения впереди идущего транспортного средства, а также для реализации основных функций в области экстренного торможения, автоматического слежения за транспортным средством и других активных мер безопасности.

Третий тип диапазона применения - 79 ГГц-81 ГГц, самой большой особенностью этого диапазона является его очень широкая полоса пропускания, более чем в три раза превышающая полосу пропускания печатной платы 77G, что также обеспечивает очень высокое разрешение, которое может достигать 5 см. Это разрешение очень ценно в области автоматического управления. вождение, потому что автомобиль с автоматическим управлением должен различать людей и другие мелкие объекты, что предъявляет очень высокие требования к полосе пропускания. Это очень ценно в области автономного вождения, поскольку автономные транспортные средства должны различать множество мелких объектов, таких как люди, что требует высокой частоты.

Что касается длины волны, то длина волны миллиметрового диапазона 24 ГГц составляет 1,25 см, в то время как длина волны миллиметрового диапазона 77 ГГц составляет около 4 мм.Длина волны миллиметрового диапазона более чем в 1000 раз больше, чем у световой волны, поэтому она обладает более высокой проникающей способностью к объекту.

Например, диаметр пыли, которую мы обычно видим, составляет от 1 до 100 мкм, а диаметр дождевых капель в природе находится в диапазоне от 0,5 мм до 4 мм. Следовательно, электромагнитные волны с длиной волны, равной этим значениям или превышающей их, могут легко проникать через эти препятствия, и миллиметровые волны обладают такой способностью.

Такой надежности трудно достичь с помощью каких-либо других датчиков, поэтому в области ADAS, требующей высокой безопасности и надежности, радар миллиметрового диапазона занимает непоколебимую позицию.

Печатная плата радара миллиметрового диапазона волн

История применения радаров миллиметрового диапазона в транспортных средствах

На самом деле радары миллиметрового диапазона начали использоваться в автомобильной промышленности Соединенных Штатов в 1960-х годах.Однако в то время уровень технологий был относительно низким, и применялась одна антенна только с одним приемником и одним передатчиком на передней панели, с частотой всего 10 ГГц.

Позже, чтобы уменьшить его размеры, специалисты отрасли продолжали повышать частоту до 30 ГГц и 50 ГГц, и чем выше частота радара, тем меньше размер антенны, что означало, что луч антенны того же размера, что и у радара, был более концентрированным.

В 1990-х годах были разработаны радары миллиметровогодиапазона частот на платах с частотой 60, 77 и 94 ГГц. Позже 60 ГГц стали использоваться в основном для связи, 94 ГГц стали использоваться в основном в военных целях, а 77 ГГц были выбраны промышленностью в качестве основного диапазона частот для радаров миллиметрового диапазона.

Исторически сложилось так, что обычно используются радары миллиметрового диапазона, в 1992 году Министерство транспорта США установило 1500 комплектов радаров миллиметрового диапазона на автобусы Greyhound и в 1993 году добилось немедленных результатов: количество дорожно-транспортных происшествий сократилось на 25%. Однако, в конце концов, из-за слишком сильного эффекта, нанесенного интересам некоторых заинтересованных лиц, в 1994 году он был полностью отменен.

Радар миллиметрового диапазона для определения расстояния, скорости и угла наклона.

Чтобы было понятно, характеристики радара миллиметрового диапазона при измерении расстояния, скорости и угла до цели немного отличаются от характеристик других датчиков. Визуальные датчики получают двумерную информацию без информации о глубине, в то время как радар миллиметрового диапазона оснащен информацией о глубине, которая может определить расстояние до цели; лазерный радар не чувствителен к скорости, в то время как радар миллиметрового диапазона очень чувствителен к скорости, и скорость цели может быть определена непосредственно, поскольку радар миллиметрового диапазона обладает очень очевидным эффектом Доплера, а скорость цели может быть определена с помощью обнаружения доплеровского сдвига частоты.

Основная технология обнаружения радара миллиметрового диапазона заключается в использовании непрерывной линейной FM-волны FMCW для определения расстояния до объекта, находящегося перед ним. Радар миллиметрового диапазона излучает непрерывную волну, которая требует больших вычислительных затрат, чем у лазерного радара, с точки зрения внутренней обработки.

Вот как это работает:

Генератор генерирует сигнал с частотой, которая со временем увеличивается. Когда сигнал сталкивается с препятствием, он возвращается обратно с задержкой, в 2 раза превышающей расстояние/скорость света.Существует разница в частоте между возвращенным сигналом и излучаемым сигналом, и эта разница в частоте линейно связана с временной задержкой: чем дальше находится объект, тем позже принимается возвращенный сигнал и тем больше разница в частоте между ним и падающим сигналом.

Вычитая эти две частоты, мы можем получить разностную частоту двух частот (дифференциальную частоту биений), и мы можем судить о расстоянии до препятствия, оценивая уровень дифференциальной частоты биений.

На основе этого существует множество передовых методов модуляции.

Характеристики радара миллиметрового диапазона волн

Существуют также более совершенные методы определения скорости цели, в основном основанные на принципе доплеровского сдвига.

Определение угла достигается за счет временной задержки между сигналами, принимаемыми несколькими приемными антеннами.В качестве простого примера, если есть две антенны, принимающие электромагнитную волну с определенного направления, существует разница во времени, которое требуется электромагнитной волне, чтобы достичь двух антенн, или разница в фазе, по которой можно оценить угол наклона сигнала.

Здесь мы должны ввести очень важное понятие - разрешающую способность радара миллиметрового диапазона волн. Его определение заключается в том, что радар может различать два объекта, находящихся на ближайшем расстоянии друг от друга, например, два объекта находятся очень близко, тогда радар может отображаться как объект, если они разделены, радар увидит два объекта. Если они разделены, радар увидит оба объекта. То, насколько далеко радар может определить расстояние между двумя объектами, называется разрешающей способностью радара.

Формула для расчета разрешения также очень проста, это скорость света, в 2 раза превышающая полосу пропускания радара, поэтому для печатных плат с частотой 24 ГГц и 77 ГГц разрешение можно рассчитать напрямую.Для печатных плат с частотой 24 ГГц и 77 ГГц разрешение может быть рассчитано непосредственно, что составляет 0,6 м для первых и 20 см для вторых, в то время как радар миллиметрового диапазона с полосой пропускания 3 ГГц может достигать разрешения 5 см, что очень подходит для автоматизированных систем вождения.

Сравнение радаров миллиметрового диапазона волн

В целом стоимость радара миллиметрового диапазона падает быстрее, поскольку он представляет собой чип на основе кремния и не требует особо дорогостоящего и сложного технологического процесса.С другой стороны, лазерные радары предъявляют высокие требования к оптическим приемопередатчикам и процессам сборки, что затрудняет снижение затрат.

Еще одной очень важной технологией лазерного радара является твердотельный лазерный радар, который фактически ничем не отличается от традиционного радара и печатной платы радара миллиметровогодиапазона волн. Твердотельный лазерный радар фактически регулирует фазу каждого передающего и принимающего устройства, и радар миллиметрового диапазона также основан на том же принципе, только радар миллиметрового диапазона работает на электромагнитных волнах, а реализовать устройства гораздо сложнее, чем изменить фазу оптического диапазона частот. Реализовать устройство гораздо проще, чем изменить фазу в оптическом диапазоне частот.

Что касается перспектив рынка радаров миллиметрового диапазона, то на один автомобиль будет приходиться три устройства.На один автомобиль будут устанавливаться радары миллиметрового диапазона от трех до восьми, и семь из них уже установлены на Mercedes-Benz высокого класса. В ближайшие 10 лет объем рынка автомобильных радаров миллиметрового диапазона не будет недооценен.

С точки зрения политики, все страны продвигают функцию AEB в автомобилях, в том числе Япония и Северная Америка, которые уже внедряют ее, а Китай также планирует внедрить ее в сфере коммерческого транспорта в 2018 году.

Радар миллиметрового диапазона очень сложно заменить в области ADAS.Несмотря на некоторые недостатки, это единственный датчик, который может работать круглосуточно. Точность измерения скорости и расстояния намного выше, чем у зрения, и по сравнению с лазерным радаром точность измерения скорости будет выше.Проникающая способность выше. Но в целом это не является конфликтом, потому что будущее будет развиваться в направлении интеграции, особенно для беспилотного вождения, и нет никаких сомнений в том, что три датчика будут интегрированы друг с другом.