1. Introducción
En primer lugar, debe quedar claro que el radar del que estamos hablando aquí es un radar serio que emite ondas electromagnéticas, no un radar de marcha atrás que emite ondas mecánicas. .
Los aficionados al ejército y los investigadores de la historia de la Segunda Guerra Mundial probablemente estén familiarizados con los orígenes de la tecnología de radar: el primer radar práctico se utilizó para detectar a Denon intentando cruzar el Canal de la Mancha desde el aire en mitad de la noche. Denon estaba sentado en un barco flotante en un caparazón de metal en el aire. Los radares posteriores no sólo aplastaron los momentos gloriosos de los bien entrenados observadores de los acorazados de la nación insular en la batalla nocturna del Pacífico, sino también la trágica historia de ser destrozado por misiles antirradiación judíos en el valle de Bekaa.
En los primeros tiempos, cuando el radar pasó de una máquina de guerra a la industria del transporte, esto estuvo acompañado de la sangre y las lágrimas de innumerables propietarios de automóviles: la medición de la velocidad por radar. El radar ahora se ha convertido en un asistente para que los propietarios de automóviles pisen el acelerador: el sensor principal para el crucero adaptativo, el protector de la incorporación, el monitoreo de puntos ciegos y los sensores auxiliares de incorporación y, ocasionalmente, la última línea de defensa para evitar colisiones traseras: automático. Sensor de movimiento de frenado de emergencia.
2. Estructura y principio
En la actualidad, la frecuencia del radar de vehículos se divide principalmente en la banda de frecuencia de 24 GHz y la banda de frecuencia de 77 GHz, de las cuales la banda de frecuencia de 77 GHz representa la tendencia futura: Se trata de bandas de frecuencia asignadas por radar especialmente diseñadas por la Unión Internacional de Telecomunicaciones para vehículos. Estrictamente hablando, el radar de 77 GHz es un radar de ondas milimétricas, pero de hecho, el radar de 24 GHz también se llama radar de ondas milimétricas.
En la práctica de la ingeniería, existen muchas formas de implementar antenas de radar. Actualmente, los radares de conjunto de antenas planas son más comunes entre los radares montados en vehículos porque, en comparación con otros métodos de implementación, los radares planos no tienen piezas mecánicas giratorias, lo que garantiza un tamaño más pequeño y un coste menor. Tomemos como ejemplo un radar de antena de panel plano común para presentar la estructura y el principio del radar de un vehículo.
Primero tenga una comprensión intuitiva del radar del vehículo:
Observe la estructura interna:
Esta pieza es el conjunto de antenas, como se muestra en la siguiente figura:
De arriba a abajo hay 10 antenas transmisoras TX1, luego 2 antenas transmisoras TX2 y finalmente 4 antenas receptoras RX1 a RX4.
Los dos conjuntos de antenas transmisoras son responsables de detectar objetivos lejanos y cercanos respectivamente, y su cobertura es como se muestra en la siguiente figura:
Porque el campo de visión cercano (FOV) Es relativamente grande, alrededor de 90 grados, se necesitan más antenas y el ángulo de visión lejano es pequeño, alrededor de 20 grados, y dos antenas son suficientes.
En la siguiente figura se muestra un radar instalado en un automóvil:
El radar emite y recibe ondas electromagnéticas a través de una antena. Las ondas electromagnéticas emitidas no son ondas esféricas con una dirección uniforme, sino que se emiten en forma de haces direccionales con diferente intensidad en cada dirección, como se muestra en la siguiente figura:
El radar mide principalmente tres parámetros de la Objetivo: posición, velocidad y orientación. Hablemos brevemente de los principios de medición de estos tres parámetros.
Posición y velocidad
Los principios de medición de estos dos parámetros se describen en los libros de texto de divulgación científica de la escuela primaria: las ondas de radar son emitidas por la antena transmisora, reflejadas por el objetivo y luego recibidas. por la antena receptora. La distancia entre el radar y el objetivo se puede obtener calculando el tiempo de vuelo de la onda del radar, multiplicándolo por la velocidad de la luz y dividiéndolo por 2.
Según el efecto Doppler, al calcular el cambio de frecuencia de la onda del radar que regresa a la antena receptora, se puede obtener la velocidad de movimiento del objetivo en relación con el radar. En pocas palabras, la velocidad relativa es proporcional. al cambio de frecuencia. Cuando el objetivo está cerca del vehículo, la frecuencia del eco es mayor que la frecuencia de la transmisión, y viceversa.
El método específico de medición de posición y velocidad varía dependiendo del método de modulación utilizado por el radar. En pocas palabras, la modulación del radar consiste en realizar el reconocimiento del eco del radar y la medición del tiempo de vuelo, lo que requiere agregar marcadores y bases de tiempo a las ondas electromagnéticas emitidas por el radar. El radar de vehículos utiliza principalmente modulación de amplitud y modulación de frecuencia.
Ángulo de azimut
El ángulo de azimut del objetivo se obtiene calculando la diferencia de fase de las ondas de radar reflejadas por la antena receptora paralela sobre el mismo objetivo.
El principio se muestra en la siguiente figura:
El ángulo de azimut αAZ se puede determinar mediante la distancia geométrica d entre las dos antenas receptoras RX1 y RX2 y la diferencia de fase b de los ecos del radar recibidos por las dos antenas. A través de una simple función triangular se calcula.
3. Ejemplos de aplicaciones
Los tres usos más comunes del radar de onda milimétrica son:
Crucero adaptativo
Monitoreo de punto ciego con amplificador BSD. y sistema de asistencia al cambio de carril
AEB (frenado automático de emergencia, generalmente combinado con cámaras para fusión de datos)
Como tecnología que ha estado en producción en masa durante muchos años, creo que existe No es necesario introducir el contenido específico de las funciones anteriores. Hablemos de cosas más interesantes:
a) Proceso de procesamiento de datos de radar
La tecnología central para realizar funciones como ACC es el reconocimiento y seguimiento de objetivos. Después de que la antena receptora recibe el eco del radar y lo demodula, el controlador muestrea digitalmente la señal analógica y la filtra en consecuencia. A continuación, la señal se transforma al dominio de la frecuencia mediante FFT. A continuación, busque características específicas en la señal, como picos de energía en el dominio de la frecuencia. Este paso no puede obtener el objetivo que necesitamos, solo la información del punto de reflexión de la onda del radar.
Y para muchos radares de alto rendimiento, los múltiples puntos de reflexión obtenidos en este momento pueden provenir de un objeto. Por ejemplo, un camión puede formar de 5 a 10 puntos de reflexión. Por lo tanto, primero debemos hacer coincidir los puntos de reflexión que probablemente pertenezcan al mismo objeto con el mismo grupo de puntos de reflexión. A continuación, se forma una suposición sobre la distribución del objeto siguiendo cada grupo de puntos de reflexión.
En el siguiente ciclo de medición, por ejemplo mediante el filtrado de Kalman, en función de la distribución de objetos anterior, prediga la posible distribución de objetos en este ciclo de medición y luego intente comparar los grupos actuales de puntos de reflexión que coincidan con las predicciones. Cuando el grupo de puntos de reflexión coincide con éxito con la información del objeto obtenida en el ciclo de medición anterior, se obtiene la "trayectoria" del objeto y la confiabilidad del objeto aumenta; de lo contrario, la confiabilidad disminuye. Sólo cuando la credibilidad de un objeto supera un cierto umbral se convertirá en un objetivo de nuestra preocupación y entrará en la llamada lista de objetivos.
b) Dos pequeñas preguntas sobre el radar
¿Puede el radar detectar objetivos estacionarios?
Muchos de los primeros sistemas ACC no responderían a objetos estáticos. Es decir, si hay objetos estáticos delante, como un vehículo que se detiene delante antes de entrar en el rango de detección, el ACC no apuntará al vehículo. Tampoco se emiten solicitudes de desaceleración. Algunas personas piensan que el radar no puede detectar objetos estacionarios. En realidad, esto es un malentendido.