Özetle otomobiller için milimetre dalga radarı | Popüler bilim
Lei Feng Net Not: Bu makalenin yazarı, otomotiv aktif güvenlik testi mühendisi Zheng Fei'dir. Bu makale yalnızca Leifeng.com tarafından yayınlanmıştır.
1. Giriş
Öncelikle burada bahsedilecek radarın mekanik dalgalar yayan bir ters radar değil, elektromanyetik dalgalar yayan ciddi bir radar olduğu açık olmalıdır.
II.Dünya Savaşı askeri hayranları ve tarih araştırmacıları muhtemelen radar teknolojisinin kökenini biliyorlar: İlk pratik radar, gecenin ortasında İngiliz Kanalı'nı gökyüzünden geçmeye çalışan Denon'u tespit etmek için kullanıldı - Denon gökyüzünde yüzen metal bir kabukta oturuyor. Bundan sonra, radar, Pasifik'teki gece savaşı sırasında ada ulusunun iyi eğitimli savaş gemisi gözlemcilerinin görkemli anını ezdi ve aynı zamanda Bekaa Vadisi'ndeki Yahudi anti-radyasyon füzeleri tarafından cüruf haline getirilme konusunda acı bir geçmişe sahipti.
Radarın Savaş Makinesi'nden nakliye sektörüne geçişinin ilk aşamasına, sayısız araç sahibinin kan ve gözyaşları-radar hızı ölçümü eşlik etti. Artık radar, gaz kelebeğinden (adaptif seyir için ana sensör) ve hat için hat kör nokta izleme ve yardımcı sensörlerden kurtulmak için araç sahibinin asistanı haline geldi ve bazen arkadan çarpışmalardan kaçınmak için son savunma hattı olarak görev yapıyor - otomatik acil durum Fren için sensör.
İki, yapı ve ilke
Şu anda, araç radarının frekansı esas olarak 24GHz frekans bandı ve 77GHz frekans bandına bölünmüştür; bunların arasında 77GHz frekans bandı gelecekteki trendi temsil eder: Bu, Uluslararası Telekomünikasyon Birliği tarafından araç radarına özel olarak tahsis edilen frekans bandıdır. Kesin olarak konuşursak, 77GHz radar milimetre dalga radarına aittir, ancak aslında 24GHz radarına milimetre dalga radarı da denir.
Mühendislik uygulamasında, radar antenlerini uygulamanın birçok yolu vardır. Şu anda, en yaygın araca monteli radar, düzlemsel anten dizisi radarıdır, çünkü diğer uygulamalarla karşılaştırıldığında, düzlemsel radarın daha küçük bir boyut ve daha düşük bir maliyet sağlayabilen dönen mekanik parçaları yoktur. Aşağıdakiler, araç radarının yapısını ve ilkesini tanıtmak için bir örnek olarak mevcut ortak panel anten radarını alır.
Öncelikle araç radarı hakkında sezgisel bir anlayışa sahip olun:
Şekil 1
Patlatın ve görün:
şekil 2
Bunlardan biri, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi anten dizisidir:
Figür 3
Yukarıdan aşağıya, 10 verici anten TX1, ardından 2 verici anten TX2 ve son olarak 4 alıcı anten RX1'den RX4'e var.
İki verici anten grubu, yakın ve uzak hedefleri tespit etmekten sorumludur ve kapsama alanları aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:
Şekil 4
Burada, yakın mesafedeki görüş açısı (FOV) nispeten büyüktür, yaklaşık 90 derecedir, bu nedenle daha fazla antene ihtiyaç duyulurken, uzaktaki görüş açısı küçüktür, yaklaşık 20 derece, bu nedenle iki anten yeterlidir.
Radar, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi araca monte edilmiştir:
Şekil 5
Radar, antenler aracılığıyla elektromanyetik dalgaları iletir ve alır. Yayılan elektromanyetik dalgalar, tüm yönlerde tekdüze küresel dalgalar değildir, ancak aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi, çeşitli yönlerde farklı kuvvetlere sahip yönlü ışınlar şeklinde yayılır:
Şekil 6
Radar esas olarak hedefin üç parametresini ölçer: konum, hız ve azimut. Bu üç parametrenin ölçüm prensiplerinden kısaca bahsedelim.
-
Konum ve hız
Bu iki parametrenin ölçüm prensibi, küçük konular için genel ders kitabında açıklanmıştır: radar dalgası, verici anten tarafından yayılır ve hedef tarafından yansıtılır ve ardından radar yankısı, alıcı anten tarafından alınır. Radar dalgasının uçuş süresi hesaplanarak, ışık hızıyla çarpılarak ve ikiye bölünerek radar ile hedef arasındaki mesafe elde edilebilir.
Doppler etkisine göre, hedefin radara göre hızı, alıcı antene dönen radar dalgasının frekans değişimi hesaplanarak elde edilebilir Basitçe ifade etmek gerekirse, göreceli hız frekans değişimi ile orantılıdır. Hedef araca yakın olduğunda, yankının frekansı iletim frekansına göre artar ve bunun tersi de geçerlidir.
Konum ve hız ölçümünü gerçekleştirmenin spesifik yöntemi, radar tarafından benimsenen modülasyon yöntemine göre değişir. Basit bir ifadeyle, radar modülasyonu, radar yankısının tanınmasını ve uçuş süresinin ölçülmesini gerçekleştirmektir.Radar tarafından yayılan elektromanyetik dalgalara işaretler ve zaman referansı eklemek gerekir. Araca monteli radarlarda, esas olarak genlik modülasyonu ve frekans modülasyonu kullanılır.
-
Azimut
Hedefin azimut açısı, paralel alıcı anten tarafından alınan aynı hedef tarafından yansıtılan radar dalgasının faz farkı ile hesaplanır. İlke aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:
Şekil 7
Azimut açısı aAZ, iki alıcı anten RX1 ve RX2 arasındaki geometrik mesafe d ve iki anten tarafından alınan radar yankısının faz farkı b aracılığıyla basit bir trigonometrik fonksiyonla hesaplanabilir.
Üç, uygulama örnekleri
Milimetre dalga radarının en yaygın üç kullanımı şunlardır:
1. ACC (Uyarlamalı Seyir)
2. BSDLCA (Kör Nokta İzleme ve Şerit Değiştirme Yardımı)
3. AEB (otomatik acil frenleme, genellikle veri füzyonu için kameralı)
Uzun yıllardır seri üretilen bir teknoloji olarak, yukarıdaki işlevlerin belirli içeriğini tanıtmam gerektiğini düşünmüyorum. Daha ilginç bir şey söyleyelim:
a) Radar veri işleme akışı
ACC ve diğer işlevleri gerçekleştiren temel teknoloji, hedef tanıma ve izlemedir. Alıcı anten radar yankısını aldıktan ve onu demodüle ettikten sonra, kontrolör analog sinyali dijital olarak örnekler ve karşılık gelen filtrelemeyi gerçekleştirir. Ardından, sinyali frekans alanına dönüştürmek için FFT'yi kullanın. Ardından, frekans alanındaki enerji zirveleri gibi sinyaldeki belirli özellikleri arayın. Bu adımda ihtiyacımız olan hedef elde edilemez ve sadece radar dalgasının yansıma noktası bilgisi elde edilir.
Ayrıca, birçok yüksek performanslı radar için, bu zamanda elde edilen çoklu yansıma noktaları tek bir nesneden gelebilir, örneğin bir kamyon 5-10 yansıma noktası oluşturabilir. Bu nedenle, önce aynı nesneye ait olma olasılığı yüksek olan yansıma noktalarının aynı yansıma noktası kümesiyle eşleştirilmesi gerekir. Daha sonra, yansıma noktalarının kümelerini takip ederek, nesnelerin dağılımı hakkında bir tahmin oluşturulur.
Bir sonraki ölçüm döngüsünde, örneğin, son nesne dağılımına dayanan Kalman filtresi aracılığıyla, bu ölçüm döngüsündeki olası nesne dağılımını tahmin edin ve ardından, örneğin nesnenin konumunu karşılaştırarak, o anda elde edilen yansıma noktası kümesini tahmin edilen sonuçla eşleştirmeye çalışın. Ve hız. Yansıma noktası kümesi, önceki ölçüm döngüsünde elde edilen nesne bilgisiyle eşleştiğinde, nesnenin "yörüngesi" elde edilir ve nesnenin güvenilirliği artar, aksi takdirde güvenilirlik azalır. Ancak bir nesnenin güvenilirliği belirli bir eşiği aştığında, nesne bizim ilgilendiğimiz hedef haline gelecek ve sözde hedef listesine girecektir.
b) Radar hakkında iki küçük soru
1. Radar sabit hedefleri tespit edebilir mi?
Birçok erken ACC sistemi sabit nesnelere yanıt vermez, yani, algılama aralığına girmeden önce önüne park edilmiş bir araç gibi önünde sabit bir nesne varsa, ACC aracı hedeflemeyecek ve yavaşlamayacaktır. istek. Yani bazı insanlar radarın sabit nesneleri tespit edemeyeceğini düşünüyor, bu aslında bir yanlış anlaşılmadır.
Önceki anlatımdan, radar algılama yeteneğinin yalnızca nesnenin radar dalga yansıma özellikleriyle ilgili olduğunu ve herhangi bir hareket özelliği içermediğini, nesnenin radar yansıma kesiti yeterince büyük olduğu sürece nesnenin algılanamayacak bir sorunu olmadığını görebiliriz. Erken ACC, esas olarak nesnelerin sınıflandırılması nedeniyle sabit nesnelere yanıt vermedi. Erken radarların düşük açısal çözünürlüğü nedeniyle, yükseklik yönünün ve yanal yönün çözünürlüğü düşüktür ve rögar kapakları gibi geçilebilecek nesneler veya sokak tabelaları gibi aşağıdan geçebilecek nesneler ayırt edilemez.
Bu nedenle, karayolu üzerindeki yol işaretlerinden dolayı frenleme gibi ACC'nin yanlış çalışmasından kaçınmak için, nesnenin bir altyapı mı yoksa trafik katılımcısı mı olduğu belirlenemediğinden, tespitten bu yana kalan sabit bir nesneye tepki vermeyecek şekilde tasarlanmıştır. Öte yandan, erken ACC sisteminde bile, radar, hedefin geçmiş bilgilerini kaydettiği için, tespit edilen araç sürüş sırasında durana kadar fren yaparsa, sistem yine de nesneyi kontrol edecek bir trafik katılımcısı olarak sınıflandırabilir. hareket.
2. Lidar'a göre avantajları nelerdir?
Otonom sürüşün popülaritesi ile lidar, yüksek hassasiyet, büyük miktarda bilgi ve görünür ışık parazitinden kurtulma avantajları nedeniyle benzeri görülmemiş bir şekilde arandı. Ancak mevcut ana akım otonom sürüş çözümlerinin milimetre dalga radarı tamamen terk etmediğini fark edebiliriz, bunun nedeni nedir?
Birincisi, herkesin bildiği hava durumu. Lazerin dalga boyu, milimetre dalga radarından çok daha küçüktür (nm'ye karşı mm), bu nedenle, pusun neden olduğu lazer radar arızası bir şaka değildir. Aynı nedenle milimetre dalga radarının algılama aralığı 200 metreyi rahatlıkla geçebilirken, lidarın mevcut performansı genellikle 150 metreden fazla değildir, bu nedenle milimetre dalga radarı karayollarında arabaları takip etme gibi senaryolarda daha iyi sonuç verebilir.
İkincisi, milimetre dalga radarı ucuz ... Olgun bir ürün olarak milimetre dalga radarının şu anki fiyatı yaklaşık 1.5 bin iken, lidarın fiyatı hala 10.000 birim olarak hesaplanıyor. Lidar tarafından elde edilen veri miktarı milimetre dalga radarından çok daha fazla olduğu için, verileri işlemek için daha yüksek performanslı bir işlemci gerekir ve daha yüksek performanslı işlemciler de daha yüksek fiyatlar anlamına gelir. Bu yüzden mühendisler için basit senaryolarda milimetre dalga radarı hala en iyi seçimdir.
