毫米波雷達(dá)：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(yuǎn)第一

　　汽車作為人們最重要的交通工具，沒有什么比它更能影響著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誕生以來，人們就懷揣著無人駕駛的夢想，一直致力于發(fā)展和革新汽車技術(shù)?，F(xiàn)在我們已經(jīng)欣喜看到一些無人駕駛的概念車型面世，可就在今年3月，Uber自動(dòng)駕駛汽車撞死行人一事給如火如荼的無人駕駛發(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方便和快捷的同時(shí)，必須牢記“安全永遠(yuǎn)第一”!

　　圖1 世界上第一輛三輪汽車和Smart無人駕駛概念車

　　據(jù)麥姆斯咨詢介紹，雖然真正的無人駕駛汽車還需等待時(shí)日，作為主動(dòng)防護(hù)汽車駕駛安全的高級駕駛輔助系統(tǒng)(Advanced Driver Assistance Systems，簡稱ADAS)正在逐漸成熟和普及。ADAS主要利用安裝在車上的各式各樣傳感器收集數(shù)據(jù)，在行駛過程中隨時(shí)感知周圍的環(huán)境，收集數(shù)據(jù)，進(jìn)行靜態(tài)、動(dòng)態(tài)物體的識別、偵測與追蹤，并結(jié)合導(dǎo)航儀地圖數(shù)據(jù)，進(jìn)行系統(tǒng)的運(yùn)算與分析，從而預(yù)先讓駕駛者察覺到可能發(fā)生的危險(xiǎn)，有效增加汽車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(dá)等。當(dāng)然，自動(dòng)駕駛汽車還需要車載激光雷達(dá)。

　　一直以來，激光雷達(dá)因能對周圍環(huán)境實(shí)現(xiàn)3D感知而備受自動(dòng)駕駛主流者的“寵愛”。不過無論是激光雷達(dá)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(dǎo)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(dá)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(qiáng)能力，成為了汽車ADAS不可或缺的核心傳感器之一!

　　下面，我們和毫米波雷達(dá)來一次“親密接觸”，了解一下它的概念和工作原理。

　　毫米波雷達(dá)——全天候全天時(shí)工作

　　毫米波雷達(dá)，顧名思義，就是工作在毫米波頻段的雷達(dá)。毫米波(Millimeter-Wave，縮寫：MMW)，是指長度在1~10mm的電磁波，對應(yīng)的頻率范圍為30~300GHz。如圖2，毫米波位于微波與遠(yuǎn)紅外波相交疊的波長范圍，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(dú)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(jù)波的傳播理論，頻率越高，波長越短，分辨率越高，穿透能力越強(qiáng)，但在傳播過程的損耗也越大，傳輸距離越短;相對地，頻率越低，波長越長，繞射能力越強(qiáng)，傳輸距離越遠(yuǎn)。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(qiáng)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(dá)具有全天時(shí)全天候的工作能力。

　　大氣窗口和毫米波雷達(dá)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(shù)毫米波應(yīng)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(xiàn)極大值，即“衰減峰”。一般說來，“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(dǎo)彈和地基雷達(dá)所采用，而“衰減峰”頻段被多路分集的隱蔽網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)優(yōu)先選用，用以滿足網(wǎng)絡(luò)安全系數(shù)的要求。

　　圖3 毫米波不同頻段大氣衰減趨勢圖