77G与24G车载毫米波雷达的区别在哪里？
大家好！我是调皮连续波，可以叫我调皮哥，感谢关注我。我创建了一个【雷达工程技术交流群】，汇集雷达业内诸多大佬，想加入的可以见主页联系方式，或关注公众号【调皮的连续波】即可。 译文：雷达技术已经存在了将近一个世纪，从军事领域到社会执法领域然后再到商业领域，应用范围十分广泛。在过去的十年里，人们对使用雷达的兴趣大幅提高，尤其是汽车和工业领域。 调皮哥笔记：雷达在社会执法领域的应用，如交通测速雷达、安防禁区等。 译文：在汽车领域，主要的雷达应用可以大致分为角雷达和前向雷达。转角雷达(在汽车的前后角)通常是短程雷达(SRR)传感器，可处理盲点检测(BSD)、变道辅助(LCA)和前后交叉交通警报(F/RCTA)等需求；而前向雷达则通常是负责自动紧急制动(AEB)和自适应巡航控制(ACC)的中远程雷达。在工业领域，雷达的应用包括流体和固体液位传感、交通监测、机器人等方面。 译文：在本文中，我们将会讨论这些应用中常用的两个频率，即24 GHz 和 77 GHz，以及行业向 77 GHz 雷达跨越可以带来的各种好处。 德州仪器 (TI) 拥有一系列高度集成的雷达传感器，使客户能够在汽车和工业市场的雷达应用中利用 77 GHz 频段的优势。 译文：让我们先回顾一下相关的感兴趣频段，如图1所示。24 GHz频段包括24.0 GHz到24.25 GHz，主要属于工业、科学和医疗(ISM)频段，通常被称为窄带(NB)，带宽B为250 MHz。 译文：该频段未经许可不能擅自使用，用户可按照资料 [1, 2, 3] 中的规定使用，24 GHz 频段还包括一个 5 GHz 宽的超宽带 (UWB)。对于短程雷达，24 GHz NB 和 UWB 频段已用于传统汽车传感器，对于基本 BSD（盲点检测） 等简单应用，可以使用 NB ISM，但在大多数情况下（包括超短程雷达应用），对高分辨率的需求决定了需要使用 UWB 频段。 调皮哥笔记：“高分辨率的需求决定了需要使用 UWB 频段”，这句话的意思是雷达的发射信号带宽决定了雷达的距离分辨率（公式可自行推导，调皮哥之前写的文章里面有推导过程）。因此需要高分辨需求，则必然需要使用大带宽、超带宽（UWB）。 译文：根据欧洲电信标准协会 (ETSI) 和联邦通信委员会 (FCC) 制定的频谱法规和标准，UWB 频段将很快被淘汰 [4, 5, 6, 7]。 24 GHz 的UWB 频段将在 2022 年 1 月 1 日（称为“日落日”）后在欧洲和美国变为不可用，只有窄带 ISM 频段可以长期可用。由于24 GHz 频段缺乏宽带宽，再加上新兴雷达应用对更高性能的需求，使得 24 GHz对新的雷达实施方案毫无吸引力。 译文：考虑到汽车行业对自动泊车以及 360 度全景等高级应用的浓厚“兴趣”，从24GHz跨越到77GHz是十分正确的。从 77 GHz 来看，有一个 76-77 GHz 频段可用于车载远程雷达应用，该频段具有高允许的等效全向辐射功率 (EIRP) 优势，可实现自适应巡航控制等前置远程雷达应用。该频段在日本 [9] 和欧洲 [7] 也可用于固定交通基础设施雷达系统，以实现诸如车辆计数、交通拥堵或事故检测、车速测量和交通灯激活车辆检测等应用。 77-81 GHz 短程雷达 (SRR) 频段是一个“新进入者（刚被行业内人员进行研究和使用）”，从全球监管角度以及行业采用雷达的方向上来看，该频段最近都获得了巨大的关注。该频段中高达 4 GHz 的宽扫描带宽的可用性使其对于需要高距离分辨率的应用具有吸引力，因此可以展望，在未来大多数 24 GHz 汽车雷达传感器都极有可能会转向 77 GHz 频段。 译文：75-85 GHz频段可用于工业流体和固体液位传感应用[8]，这使得77 GHz雷达传感器在工业应用上更具有吸引力，接下来让我们一起讨论一下在汽车和工业应用中使用77 GHz频段的各种好处。 译文：77 GHz的主要优点之一是与24 GHz下可用的200 MHz ISM频段相比，该波段的带宽很宽。77 GHz下可用的带宽明显更高，具体地，77-81 GHz SRR频段提供高达4 GHz的扫描带宽。宽带宽的可用性显著提高了距离分辨率和精度，雷达传感器的距离分辨率指的是能够将两个距离较近的物体分开的能力，而距离精度指的是测量单个物体距离的准确性。由于距离分辨率和精度与扫描带宽成反比，77GHz雷达传感器在距离分辨率和精度方面可以比24GHz雷达提高20倍，可实现的距离分辨率为4cm(相对于24 GHz雷达的75cm)。 调皮哥笔记：文中加粗为重点内容，是我们需要思考并掌握的关键技术内容。 译文：距离高分辨率可以更好地分离物体(如站在汽车附近的人)，并提供密集的检测物体点云(见图2)，从而改善环境建模和对象分类（可用AI算法），这对于研发先进的驾驶员辅助算法和实现自动驾驶功能非常重要。此外，更高的距离分辨率有助于传感器实现更好的最小距离检测。例如，对于泊车辅助等汽车应用，最小探测距离非常重要;与超声波传感器等技术相比，77-81 GHz雷达的使用在这方面提供了显著的优势。 译文：对于像工业液面检测传感这样的应用，距离精度(低至亚毫米)是一个优先考虑关键因素。77 GHz频段的宽带宽可以让距离测量非常精确。此外，高分辨率有助于将液位与罐底部的“不需要的任何反射（容器底部和边缘）”分开。 这使传感器能够测量“最后一滴”的液位，最大限度地减少罐底部的死区，如图 3 所示。由于高分辨率提高了最小可测量距离，它有助于测量液体的水平，直到油箱满了。 调皮哥的笔记：雷达液位计是利用超高频电磁波经天线向被探测容器的液面发射，当电磁波碰到液面后反射回来，仪表检测出发射波及回波的时差，从而计算出液面的高度。被测介质导电性越好或介电常数越大，回波信号的反射效果越好。雷达液位计主要由发射和接收装置、信号处理器、天线、操作面板、显示等几部分组成。发射一反射一接收是雷达液位计工作的基本原理。它分为时差式和频差式。 译文：速度分辨率和精度与射频频率 (RF) 成反比。 因此，较高的射频频率会具备更好的速度分辨率和精度。 与 24 GHz 传感器相比，77 GHz 传感器将速度分辨率和精度提高了 3 倍。 译文：对于汽车泊车辅助应用，速度分辨率和准确性至关重要，因为需要在泊车期间以低速准确操纵车辆。 如图4所示是，在1m处点目标具有代表性的二维快速傅里叶变换(FFT)距离-速度图像，并描述了在77 GHz下获得的二维图像的改进分辨率。此外，最近的研究使用了传感器提供的更高分辨率和微多普勒特征，促进了使用雷达进行行人检测和高级目标分类的算法的进步。速度测量精度的提高也有助于工业应用，如自动工厂车辆，改善交通监控等。 译文：较高射频频率的主要优势之一是传感器尺寸可以更小， 对于所需的天线视场和增益，在比较 77 GHz 和 24 GHz 时，天线阵列的尺寸在 X 和 Y 维度上可以分别小约 3 倍（参见图 5）。 这个尺寸减少在汽车应用中尤其有用(传感器需要安装在保险杠后面紧点)。在汽车周围的其他地方，包括门和后备箱一些邻近应用;还有在车内的应用。 转到工业液位传感应用，更高的射频频率通过为相同的传感器和天线尺寸实现更窄的波束提供了巨大的优势。 如图 6 所示，较窄的光束减轻了来自储罐侧面的不需要的反射以及储罐内的其他干扰障碍物，这会产生更优质的测量结果，同时减少杂乱。 或者对于相同的光束宽度，较高的射频频率可实现更小的传感器，并产生紧凑、易于安装的外形尺寸。 调皮哥笔记：电磁波频率越高，则同样的天线， 波束越窄，功率利用越充分，具体内容见丁鹭飞《雷达原理》255页关于波束宽度的详细介绍，明白为什么频率越高，波束宽度越窄的道理。下图可以参照理解。  译文：24 GHz 具有处于免许可 ISM 频段和全球频率调节支持的优势，它受到仅 200 MHz 带宽可用性的阻碍，而 77 GHz 可用带宽为 4 GHz(TI AWR2294、加特兰可达5GHz)。 77 GHz 雷达传感器成为主流并利用更宽带宽和更高射频频率的优势来实现越来越精确的距离和速度测量，以及显着减小传感器的外形尺寸的时机已经到来。 德州仪器 (TI) 高度集成、易于使用的 77 GHz 雷达器件系列支持为各种汽车和工业应用开发紧凑型高性能雷达传感器。 感谢阅读，我是调皮连续波，下次再见。 本文同步更新于公众号：调皮连续波。