（南京农业大学 江苏南京 210095）
摘要：文章介绍了ARS408-21毫米波雷达的测距原理，在车辆前进过程中对前方障碍物使用毫米波雷达进行测距，并通过具体场景的实验分析它在0-10m、10m-70m以及70m-150m这三个区域内探测范围及测量精度。基于其在简单实验场景下的应用研究，分析了毫米波雷达对比其他传感器的优越性，尤其是在无人驾驶方面的重要应用前景。
关键词：测量精度；测距实验；连续波雷达；车载应用；传感器
Abstract: our article presents the theory of ARS408-21 wave radar. It uses millimeter wave radar for distance measurement during vehicle forward, and analyzes it in the specific scene by 0-10m, 10m-70m and 70m-150m. Detection range and measurement accuracy in the area. Based on its application research in a simple experimental scenario, the superiority of millimeter wave radar compared with other sensors is analyzed, aespecially in the important application prospect of unmanned driving.
Keywords: measurement accuracy; ranging experiment;fmcw wave radar;car application ;sensor
引言
是许多国家正在着力发展的重要方向，甚至可以说是一种标配。而在这样大好的行业形势下，毫米波雷达在传统车辆意义上的使用确实是由来已久[1]，不可否认它是替代视觉传感器的绝佳选择，这些年来它被使用得也越来越频繁。在当前的应用背景下，它已是车载传感器中的重要组成环节，通常使用一长与四中短雷达的组合去完成高级驾驶辅助的多种功能[2]。
目前众多车企，如大众、奔驰、奥迪、丰田等都已在其中高端车型上配置了毫米波雷达。随着科技的不断发展与革新，无人驾驶这个概念也越来越为人们所熟知且应用[3]。相应的带来的影响就是无人驾驶这个板块这个产业将越来越炙手可热，毫米波雷达的需求会有明显的持续上升趋势。伴随着高级驾驶辅助系统在汽车行业的逐步渗透，使用5个毫米波雷达的配置推出AEB功能毫米波雷达市场可期[4]。
1 毫米波雷达简介
毫米波雷达，是工作在毫米波波段探测的雷达。通常毫米波是指30～300GHz频域(波长为1～10mm)的。毫米波实质上就是电磁波。对于电磁波而言，30~300 GHz是极高频的波段，频率越高则其波长越短，而波长越短越趋近于直线传播，其穿透杂质的能力也越强，但在传播介质中能量的衰减也越大[5]。
1.1 毫米波雷达测距工作原理
该款毫米波雷达属于FMCW雷达测距[6]，其原理是发出线性调频波。而该款毫米波雷达每秒17次实时扫描，通过计算发射波与反射波两者的频率的差值而可以进一步得出距离值，其关系为t=2d／c。具体波的反射、回波可参照下图。
图1 FMCW雷达发射信号、回波信号及差频信号瞬时频率示意图
2 毫米波雷达与其他传感器对比分析
优点：（1）高分辨率，小尺寸;快速安全：ARS408‐21很好的处理了测量性能与高安全性之间的矛盾，可实时检测目标的距离并根据当前车速判断是否存在碰撞风险
（2）可靠：具有自动故障检测功能，可识别传感器问题，并自动输出故障码鲁棒、轻量化设计
（3）通过使用相对简单的雷达测量技术，以及在汽车行业的深度研发和批量生产基础，可以保证产品鲁棒和轻量化性能
缺点：
（1）发射机功率相对较低，而损耗较大
受天气影响，降雨时候对测距影响较大[7]
3 ARS408-21毫米波雷达测距实验
本次实验采用大陆ARS408-21毫米波雷达搭载在实验小车上，实验场景选择在空旷的学校操场，主要测量目标区域内的人的距离信息,分别对该款毫米波雷达的近距离（0-10m）、中远距离（10m-150m)测距的准确性及精度进行了测试。
图2 雷达测距范围
4 实验结果分析
在0-10m范围内，我们在雷达的探测范围（±60度）分别设置了三个与四个目标物。经过多组实验反复对比分析，我们发现该款雷达的此区域障碍物误差大致在0.27m，这体现了该款毫米波雷达。相对于红外测距它能比较好的反馈目标的距离位置信息，测量的精度相对比较高，能够较好地为车辆提供避障信息。同时对单个目标物的低速状态进行了测试，通过雷达调试软件我们发现该目标从初始化位置就开始被雷达标记并标号，随着目标的运动位置不断改变目标的标号并未发生改变，从而我们对单个目标实现了目标的追踪。这也对于研究车辆自主避障和路径规划提供了一定程度的助力。
在10-70m范围内，我们在雷达的探测范围（±40度）设置了三个目标物。在这个范围内，我们进行了数十组试验。最后发现该区域的目标距离误差数据的方差比较大，这说明这个区域毫米波雷达的稳定性相对上一区域具有明显差异。但是在这个区域内也存在不少测量非常准确的数据，误差最大为1.6m(60-70m)，误差最小为0.60m。可以说在中距离测距性能上，该款毫米波雷达还算是测量性能比较不错的，能够检测出人为设置的树行，这也就是说在应用上可以对中距离道路边缘进行检测。
在70-150m范围内，我们在雷达的探测区域（±9度）设置了三个目标障碍物。在这个范围内我们主要是对雷达正前方目标进行检测，因为考虑到探测角度比较小。最后从实验数据来分析发现该区域测量误差较大，高达3m。在这个区域测量精度比较低，并不适合障碍物检测的实验，因为在靠近区域后段还存在着数据丢失的情况。
表1 测距实验数据节选
5 结束语
ADAS系统原本局限于高端市场，但是现如今在中低端市场上它的需求量在不断持续上升，因而许多汽车公司已经开始大力测试毫米波雷达性能。我们通过对毫米波雷达简单场景测距实验应用，愈发觉得毫米波雷达的测量性能较好，测量精度较高，毫米波雷达的市场前景比较好。更重要的是对于无人驾驶而言，毫米波雷达也将提供越来越大的助力。
参考文献：
[1]王莹.CMOS毫米波雷达潜力大,加特兰出炉第二代芯片和模组[J].电子产品世界,2019,26(04):26-28+35.
[2]姜嘉睿.无人驾驶中的核心传感器系统分析[J].时代汽车,2019(02):145-146.
[3]汪榆程.无人驾驶技术综述[J].科技传播,2019,11(06):147-148.赵津,杜志彬,张庆余,赵鹏超.
[4]中国乘用车ADAS市场发展趋势浅析[J].时代汽车,2019(02):16-19.
[5]郭蓬,郭剑锐,戎辉,唐风敏,王文扬.毫米波雷达研究现状及其测试项目[J].汽车电器,2018(10):33-35.
[6]徐驰,刘纪元,焦学峰,魏平姣.雷达测距系统中一种改进的测距算法[J].电子设计工程,2013,21(01):103-106.
[7]刘茂森. 毫米波雷达探测性能受降雨影响分析软件的设计[D].西安电子科技大学,2011.
论文作者:宋正根,肖璨,彭竞德
论文发表刊物:《科技研究》2019年4期
论文发表时间:2019/6/18
标签：毫米波论文; 目标论文; 测量论文; 障碍物论文; 范围内论文; 距离论文; 区域论文; 《科技研究》2019年4期论文;