图森技术汇 | 走进自动驾驶传感器（二）——毫米波雷达（2）

单波参数

波长 Lambda：从一个波的一点到下一个波的同一点的物理长度。

频率 Frequency：每秒经过的波的数量，以赫兹为单位。频率越高，波长越短。

带宽 Bandwidth：信号连续频带中最高和最低频率分量之间的差值。

振幅 Amplitute：信号的强度，与配置雷达输出功率和感知接收信号相关。雷达信号的幅度越大，雷达的可见度越高。

雷达散射截面 Radar Cross Section：一个目标单位截面积反射雷达能量的能力，取决于目标的物理几何形状和外部特征。

调频信号 chirp

雷达主要有两种体制，脉冲雷达和连续波雷达，更具体的分类已在前文中提及。

第一个是时域信号，第二个是频域信号，可以看出调频信号的频率和信号的持续时间Tc是呈线性关系，因此这样的调频连续波又称为线性调频连续波（LFMCW）。

FMCW 有几个主要的参数需要注意，分别是带宽 B，斜率 S，信号持续时间Tc。图中的信号斜率 S = B/Tc = 100 MHz/us 。

中频信号（IF signal）无线通信领域根据频率讲信号分为三种，第一是射频 Radio Frequency，中频 Intermediate Frequency，以及基带 Baseband。射频负责接收及发射高频信号，基频则负责信号处理及储存等功能，中频则是射频与基频的中介桥梁，使信号能顺利由高频信号转成基频的信号。中频只是表示信号频段的程度词。通过混频之后出来的中频信号其实不止一个，通过乘法器之后有几个频段的信号，我们还需要经过低通滤波器筛选出我们需要的信号。

雷达发射信号与回波信号之间的频率差就是中频信号，这里的中频信号是一条直线，表示频率单一。目标的距离不一样，返回的时间也就不一样，因此中频信号也就不一样，可以说距离和中频信号是成映射关系的。雷达测距的最基本公式是：

因此中频信号为：

中频信号采样中频信号还是模拟信号，要送入处理器处理必须经过 ADC 采样成数字信号。
中频带宽被 ADC 的采样频率限制，因为信号持续时间不可能无限小：

即在 ADC 采样率不变的情况下，雷达的探测距离随着信号的斜率成反比关系，如果发射周期固定不变，那么雷达探测距离和信号的带宽成反比关系。如果两个波具有相同的距离分辨率，对于相同的最远探测距离，斜率大的波所需要的 ADC 采样率更高，但是换来的好处是波周期短。因此在选择和设计的时候，需要平衡选择。

中频信号的相位信息

对单一信号进行傅里叶变换时，也能体现出时域信号的频率信息和相位信息。

其中fc是发射信号载频，λ 为发射信号波长，T是发射信号和回波信号之间的时间差，所以 AD 之间的相位差就是 CF 两个脉冲之间的相位差。

中频信号的实际函数表达式为：

值得注意的是在汽车雷达的情况下，运动目标在每次啁啾持续时间内的微小位移会引起的相位变化（一个啁啾时间内的移动），由于每次啁啾的持续时间一般是微秒，导致毫米级的微小位移，主要是通过测量多个啁啾之间的相位变化率来计算。

目标在运动产生的多普勒效应，拍频（接收频率和斜坡频率之间的差，beat frequency）由两个频率分量组成:fR(微小距离引起的频率增量）和 fD( fD = 2vr / λ速度引起的频率偏移，与目标的速度成正比）。

因此多普勒速度是通过测量多个啁啾之间的相位变化率，及测量多普勒引起的频率偏移来计算目标的速度。

距离估算（Range Estimation）

我们通过测量频移来确定雷达信号的飞行时间，进而确定目标的飞行距离下面以三角波调频连续波为例来简单介绍雷达的测距和测速原理。如下图，蓝色实线是发出的信号频率，红色虚线是接受到的信号频率，tc为扫频周期Tc的一半，fc为扫频带宽，T为从信号发射到接受所经历的时间。发射信号经过目标发射，回波信号会有延时，在三角形的频率变化中，可以在上升沿和下降沿两者上进行距离测量。相对静止物体，没有多普勒效应，发射频率和接收频率是相同的，上升沿期间的频率差值等于下降沿期间的测量值。但是，雷达的斜坡频率是随时间不断变化的，所以当我们得到拍频fb，就得到了信号传输时间。