毫米波雷达,是工作在毫米波波段(millimeter wave )探测的雷达。通常毫米波是指30~300GHz频域(波长为1~10mm)的。毫米波的波长介于微波和厘米波之间,因此毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的一些优点。

1.什么是毫米波雷达

 

(图片来源于网络)

 

2.毫米波雷达工作原理

毫米波雷达工作原理如下:

据麦姆斯咨询介绍,虽然真正的无人驾驶汽车还需等待时日,作为主动防护汽车驾驶安全的高级驾驶辅助系统(Advanced Driver Assistance Systems,简称ADAS)正在逐渐成熟和普及。ADAS主要利用安装在车上的各式各样传感器收集数据,在行驶过程中随时感知周围的环境,收集数据,进行静态、动态物体的识别、侦测与追踪,并结合导航仪地图数据,进行系统的运算与分析,从而预先让驾驶者察觉到可能发生的危险,有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性。目前感知环境的ADAS传感器有摄像头超声波传感器和毫米波雷达等。当然,自动驾驶汽车还需要车载激光雷达。一直以来,激光雷达因能对周围环境实现3D感知而备受自动驾驶主流者的“宠爱”。

 

不过无论是激光雷达还是摄像头、超声波传感器,都容易受恶劣天气环境影响导致性能降低甚至失效(恶劣天气环境往往是事故高发的主要原因),因而都存在“致命”缺陷!这种时候,毫米波雷达凭借其可穿透尘雾、雨雪、不受恶劣天气影响的绝对优势,且唯一能够“全天候全天时”工作的超强能力,成为了汽车ADAS不可或缺的核心传感器之一!下面,我们和毫米波雷达来一次“亲密接触”,了解一下它的概念和工作原理。

 

毫米波雷达,顾名思义,就是工作在毫米波频段的雷达。毫米波(Millimeter-Wave,缩写:MMW),是指长度在1~10mm的电磁波,对应的频率范围为30~300GHz。如图2,毫米波位于微波与远红外波相交叠的波长范围,所以毫米波兼有这两种波谱的优点,同时也有自己独特的性质。毫米波的理论和技术分别是微波向高频的延伸和光波向低频的发展。

 

根据波的传播理论,频率越高,波长越短,分辨率越高,穿透能力越强,但在传播过程的损耗也越大,传输距离越短;相对地,频率越低,波长越长,绕射能力越强,传输距离越远。所以与微波相比,毫米波的分辨率高、指向性好、抗干扰能力强和探测性能好。与红外相比,毫米波的大气衰减小、对烟雾灰尘具有更好的穿透性、受天气影响小。这些特质决定了毫米波雷达具有全天时全天候的工作能力。

 

通常大气层中水汽、氧气会对电磁波有吸收作用,目前绝大多数毫米波应用研究集中在几个“大气窗口”频率和三个“衰减峰”频率上。所谓的“大气窗口”是指电磁波通过大气层较少被反射、吸收和散射的那些透射率高的波段。如图3,我们可以看到毫米波传播受到衰减较小的“大气窗口”主要集中在35GHz、45GHz、94GHz、140GHz、220GHz频段附近。而在60GHz、120GHz、180GHz频段附近衰减出现极大值,即“衰减峰”。一般说来,“大气窗口”频段比较适用于点对点通信,已被低空空地导弹和地基雷达所采用,而“衰减峰”频段被多路分集的隐蔽网络和系统优先选用,用以满足网络安全系数的要求。

 

3.毫米波雷达作用及用途

毫米波雷达作用及用途如下:

1.导弹制导:毫米波雷达的主要用途之一是战术导弹的末段制导。毫米波导引头具有体积小、电压低和全固态等特点,能满足弹载环境要求。当工作频率选在35吉赫或94吉赫时,天线口径一般为10~20厘米。此外,毫米波雷达还用于波束制导系统,作为对近程导弹的控制。

 

2.目标监视和截获:毫米波雷达适用于近程、高分辨力的目标监视和目标截获,用于对低空飞行目标、地面目标和外空目标进行监测。

 

3.炮火控制和跟踪:毫米波雷达可用于对低空目标的炮火控制和跟踪,已研制成94吉赫的单脉冲跟踪雷达。

 

4.雷达测量:高分辨力和高精度的毫米波雷达可用于测量目标与杂波特性。这种雷达一般有多个工作频率、多种接收和发射极化形式和可变的信号波形。目标的雷达截面积测量采用频率比例的方法。利用毫米波雷达,对于按比例缩小了的目标模型进行测量,可得到在较低频率上的雷达目标截面积。

 

此外,毫米波雷达在地形跟踪、导弹引信、船用导航等方面也有应用