德国工程师斯蒂安·胡尔斯迈尔：回声的原理

磁学的应用比较早。 我们的祖先黄帝用磁铁创造了司南，打败了蚩尤； 而对经典的认知更多的是早期人们对雷电的恐惧； 电和磁在奥斯特实验中发生了第一次握手，然后在电磁实验中发生了更紧密的耦合。 直到天才物理学家麦克斯韦推导出麦克斯韦方程组，电和磁才真正走到了一起，并推导出电磁波的存在。

直到1885-1889年，赫兹才通过一系列实验证明了电磁波的存在，并成功测量了电磁波的波长和速度。 直到今天，电磁波才真正进入人们的视野，并逐渐进入人们的生活。 ,无可替代。

我们都知道回声的原理。 当我们对着高楼或山大声说话时，我们的声波会被建筑物反射回来，形成回声。 利用回波的时间差，人们可以粗略地估计山脉的距离。

因此，当赫兹证实电磁波的存在时，研究人员首先利用的是电磁波反射波的原理来测量距离。

1904年，德国工程师克里斯蒂安·胡尔斯梅尔（Hü）根据赫兹原理发明了障碍物探测器和船舶导航装置，这就是最早的雷达。 本发明的示意图如下图所示。

胡尔斯迈尔还建造了一个“雷达”，并公开展示了这个神奇的装置。 他成功地向一艘接近的船只发射了电磁信号，并成功接收了反射信号。

可惜当时比较和平，没有人对他的装备感兴趣。

直到1927年，汉斯·E博士进一步研究了该装置，建成了第一个厘米波长发射机和接收机，这就是第一个“微波”通信系统。 汉斯·卡尔·冯·威尔逊 (Hans-Karl von ) 与霍尔曼 () 和第三位科学家冈瑟·埃尔布斯洛 ( ) 合作，完善了一种装置，可以探测距离船舶约 8 公里的物体以及在高度为 30 公里外飞行的飞机。 500米。 海洋系统称为“Freya”，陆地系统称为“Freya”——这三个系统可以说创造了我们最常与雷达联系在一起的应用——检测和评估物体的距离。

真正的雷达诞生了。 随着第二次世界大战，雷达技术和应用迅速发展。

直到今天，最先进的雷达技术仍然服务于战争的需要。

随着自动驾驶技术的发展，毫米波雷达已成为应用最广泛的民用雷达设备。

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毫米波雷达原理

毫米波雷达是一种利用毫米波进行探测的设备。 我们先来说说毫米波的优缺点。

毫米波的工作波长在10mm~1mm之间，对应的工作频率为30GHz~30GHz。 它是电磁波谱中微波和光波之间的一部分。 因此，毫米波雷达具有微波和光波的双重优点。 总结如下：

天线直径小，波束窄：跟踪制导精度高； 易于低仰角跟踪，抗地面多径和杂波干扰； 近空间目标的高横向分辨率； 用于区域成像和目标监测的高角分辨率； 光束窄，抗干扰性能高； 高天线增益； 易于检测小目标，包括电线、电线杆和弹丸。

带宽大：信息率高，易于利用窄脉冲或宽带调频信号获取目标的详细结构特征； 具有宽频谱扩展能力，减少多径、杂波，增强抗干扰能力； 邻频雷达或毫米波识别器工作时，很容易克服相互干扰； 距离分辨率高，很容易获得准确的目标跟踪和识别能力。

高多普勒频率：对慢速目标和振动目标具有良好的检测识别能力； 易于利用目标多普勒频率特性进行目标特征识别； 穿透干燥空气污染的特性，提供在粉尘、烟雾和干雪条件下良好的检测能力。

反隐身性能好：目前隐身飞机上涂装的吸波材料都是针对厘米波设计的。 据国外研究，毫米波雷达照射的隐身目标，许多部位会形成强烈的电磁散射，大大降低其隐身性能。 因此，毫米波雷达还具有反隐身潜力。

当然，它也有其缺点。 例如，雨、雾、湿雪等高湿环境的衰减，以及大功率器件和插入损耗的影响，都会降低毫米波雷达的探测范围。 毫米波雷达的穿透能力较差。 与微波相比，它对茂​​密的树木不太敏感。 渗透率低； 元件成本较高，加工精度要求较高，单片收发器集成电路的发展相对缓慢。

取其优点，弃其糟粕。 毫米波雷达的主要应用有：

高精度多维搜索测量：对距离、方位、频率、空间位置进行高精度测量和定位；

雷达安装平台对体积、重量、振动等环境有严格要求：毫米波雷达天线体积小、重量轻，可以轻松满足便携式、弹载、车载等不同平台的特殊环境要求。机载、机载和星载；

目标特征提取和分类识别：毫米波雷达具有分辨率高、工作频段宽、多普勒频率响应大、波长短、易于获取目标细节和轮廓成像清晰等特点，适用于重要目标分类和识别。 战术要求；

小目标、短距离探测：毫米波短波长对应的光学区域较小，比微波雷达更适合小目标探测。 除了特殊空间目标观测等长距离毫米波雷达外，一般毫米波雷达都适合30公里以下的短距离探测；

抗电子战干扰能力强：毫米波窗口可用频段较宽，可以轻松进行宽带扩频和跳频设计。 同时，毫米波雷达侦察干扰设备面临频段宽、大气衰减、波束窄等干扰问题。 毫米波雷达比微波雷达具有更好的抗干扰能力。

因此，毫米波雷达已广泛应用于导弹制导、火炮控制等军事领域。 同样，随着激光雷达和摄像头的应用，毫米波雷达也被广泛应用于智能汽车和自动驾驶领域。

毫米波雷达在智能汽车中的应用主要是测距、测速和测角三个方面。 以FMCW雷达系统为例，其基本功能实现原理为：

FMCW雷达信号的频率随时间线性上升，如下图所示。 这种类型的信号也称为线性调频脉冲。

下图是FMCW信号的波形、幅度A以及随时间的变化。

如果将频率作为时间的函数，则波形如下所示：

MCW 雷达系统发射线性调频信号并捕获传输路径中物体反射的信号。 其发射频率和接收频率随时间的函数如下图所示：

然后利用这个时间差，就可以快速得到到目标的距离。

同理，我们可以利用两个FMCW信号来获取目标的速度。

FMCW雷达还可以利用水平面来估计反射信号的角度，如下图所示。 该角度也称为到达角 (AoA)。

当然，对于运动物体，计算时需要考虑多普勒效应。

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车载毫米波雷达

目前车载毫米波雷达常用的工作频率有24GHz、60GHz、77GHz、80GHz。 频率越高，波长越短，精度越高。

华为官网介绍了一款毫米波感知雷达，工作频率为80GHz，探测距离超过1000米，探测宽度可达10车道。 详细性能指标如下图所示。

前面提到的测距、测速、测角三大功能，这款雷达都具备。 这类雷达业内也称为3D雷达，但它没有高度信息。 这也应用于智能驾驶。 会造成误判，这也是特斯拉当初放弃毫米波雷达的原因之一。

不过，随着技术的发展，4D雷达已经开始显现出它的优势。 在传统距离测量、速度测量、角度测量的基础上，增加了高度测量功能。

与只能判断前方是否有障碍物的传统毫米波雷达相比，4D毫米波雷达增加了纵向天线和处理器，可以接收更多信息并返回点，并像激光雷达一样呈现点云，可以显示更多细节。 信息来检测障碍物的形状，弥补了传统雷达难以识别静态障碍物的缺点。

利用基于TI芯片的4D雷达对城市道路交通参与者进行目标分类和检测研究，包括在同济大学试验场采集的目标检测和分类数据集。 可视化结果表明，4D雷达可以输出具有高度的目标点云，反映目标的轮廓。 形状。 虽然点云成像原理与激光雷达不同，仅从毫米波雷达的点云中无法准确判断目标的形状等特征，但其点云的散射特性有一定的规律。

随着4D成像雷达技术的发展，毫米波雷达越来越多地应用于智能驾驶。

参考：

1、一文看懂4D毫米波雷达

2. 深入探讨4D毫米波雷达技术及发展

3、车载毫米波雷达——高端自动驾驶标配

4.-毫米波雷达-企业微波-华为企业业务()

5.毫米波雷达_百度百科()

6、工业毫米波雷达传感器|

7. 雷达- , , |

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