理解FMCW毫米波雷达：原理与应用

"毫米波雷达原理白皮书学习总结2021-5-28.doc" 毫米波雷达，特别是FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）类型，是现代科技中的重要传感器，尤其在自动驾驶和安全监控领域发挥着关键作用。FMCW雷达的工作原理基于其发射的信号波长在毫米级别，例如77GHz对应的波长约为4mm。这种短波长特性使得毫米波雷达具有高精度，能精确探测到极小的物体移动。 FMCW雷达的主要功能包括测距、测速度和测角度。测距是通过计算发射信号与反射信号之间的时间差，利用光速计算出目标距离。测速度则通过比较连续两帧信号的时间差来确定距离变化，进而求得速度。而测角度则是通过分析不同接收天线接收到信号的时间差，计算出物体相对于雷达的方向。 在毫米波雷达的核心性能指标上，包括距离、速度、角度的测量范围、分辨率和精度。距离的计算基于信号的往返时间，速度则由连续两次距离测量的差异除以时间间隔得到，角度测量则依赖于天线阵列的设计和信号到达时间差。这些参数决定了雷达的性能边界。 毫米波雷达的系统构成包含发射（TX）和接收（RX）射频组件，模拟组件（如时钟），以及数字组件（如模数转换器ADC、微控制器MCU和数字信号处理器DSP）。过去，这些组件通常采用离散方式设计，导致功耗大、成本高。然而，德州仪器（TI）等公司通过集成CMOS技术，将TXRF、RXRF模拟组件和数字组件封装在一起，降低了功耗，减少了系统成本，并简化了设计难度。 FMCW雷达的独特之处在于其连续发射调频信号，通过比较发射和接收信号的频率差（称为频差）来获取距离和速度信息。相较于脉冲雷达，FMCW雷达能提供更平滑的数据，更适合于连续监测和动态环境的应用。 在TI的毫米波传感器中，某些型号集成了额外的DSP，增强了信号处理能力，能够进行复杂的算法运算，进一步提升雷达的性能。这些技术的进步使得毫米波雷达在交通监控、汽车安全、智能家居甚至医疗监护等领域有着广泛的应用前景，如交通测速、汽车防碰撞、生命体征监测和跌倒检测等。