第5章 毫米波雷达及其应用
军用毫米波雷达的应用及其发展趋势
控制与制导军用毫米波雷达的应用及其发展趋势同武勤凌永顺蒋金水摘要随着毫米波技术的发展, 毫米波频率的雷达也得到了更深的研究和发展。
评述了毫米波雷达的优缺点, 以及它的应用, 同时详细阐述了军用毫米波雷达发展的新技术和新方法。
主题词毫米波毫米波雷达集成电路应用引言毫米波雷达技术的研究起步很早, 有文献称, 在二战结束前后即已开始, 但至少在20 世纪50 年代就已在毫米波器件研制及毫米波传播损耗水蒸汽与氧气等吸收谱等方面均已取得相当成就, 并已研制成功机场交通管制用的毫米波雷达[ 2 , 5 ] 。
最初, 对发展毫米波雷达的推动力主要来自要在用小口径天线即可获得比微波雷达更窄的天线波束, 高的天线增益。
窄波束具有的高分辨率和由于空间选择性好而带来的高抗干扰能力。
海湾战争和科索沃战争的实践已经表明,“远程打击, 精确打击”技术在军事应用中非常重要, 高精度、高分辨率测量、精确制导和精确目标指示、实现自动目标识别( ATR) 等需求对毫米波(MMW) 雷达的发展提供了巨大的新的推动力。
毫米波雷达的应用主要限制在近程雷达上, 其主要原因有两个: 一是难以获得符合要求的高发射功率和相应的低损耗传输馈线; 二是毫米波在大气中传输时损耗大。
例如, 在8mm 和3mm 窗口, 单程传播损耗分别为0. 08dB/ km 和0. 3dB/ km 左右[ 4 ] 。
1 毫米波雷达的系统概念毫米波雷达系统由两个Modcom p 9250 计算机控制, 并可细分为如图1 所示的一些主要分系统。
发射信号按雷达计算机控制的速率, 通过双工器输出。
回波信号的返回时间也由该计算机控制, 该信号被输入到接收机, 在此, 它经下变频处理并以20MHz 速率采样。
得到的信号由数字脉冲压缩系统压缩处理。
该数字信号被记录在一个“廉价硬盘冗余阵列”( redundant array of inexpensive di sks) ( R AID) 记录系统上, 并且也输入到一个阵列处理机上, 该阵列处理机对这些数字实施综合处理。
毫米波雷达的原理和应用实验报告
毫米波雷达的原理和应用实验报告1. 引言毫米波雷达是一种基于毫米波频段的雷达技术，其工作频段通常在30 GHz到300 GHz之间。
毫米波雷达具有较高的分辨率和抗干扰性能，在军事、交通、安防等领域有着广泛的应用。
本实验旨在通过实际操作，了解毫米波雷达的原理和应用。
2. 实验设备•毫米波雷达设备：XXXX型号•计算机：XXXX型号3. 实验步骤1.将毫米波雷达设备连接至计算机，并打开相关软件。
2.在软件界面中设置扫描范围和扫描角度。
3.调整设备的天线指向并启动扫描。
4.观察并记录扫描结果，包括目标的距离、角度和强度等信息。
5.对比不同目标的扫描结果，分析其中的差异与原因。
6.尝试调整设备参数，如扫描范围、扫描角度等，观察对结果的影响。
4. 毫米波雷达的原理毫米波雷达利用毫米波频段的电磁波进行探测和测距。
其工作原理如下： - 发射：毫米波雷达通过天线发射特定频率的电磁波。
- 接收：发射的电磁波被目标物体反射，并被天线接收。
- 预处理：接收到的信号经过放大和滤波等处理，以增强信号质量。
- 阵列天线：毫米波雷达通常采用阵列天线，通过控制天线阵列的相位差，可以实现波束的调控和方向性的改变。
- 目标检测：经过预处理的信号进行目标检测，利用回波信号的强度、相位和时间等信息，可以确定目标的位置、速度等属性。
5. 毫米波雷达的应用毫米波雷达在各个领域有着广泛的应用，包括但不限于以下几个方面：5.1 军事应用•目标探测：毫米波雷达可以用于探测远距离的目标，如敌方飞机、舰船等，对军事侦察和反制起着重要作用。
•引导导弹：毫米波雷达在制导系统中发挥关键作用，根据目标的回波信号进行精确的控制和引导。
5.2 交通应用•车辆检测：毫米波雷达可以用于交通路口的车辆检测，实现红绿灯的智能控制和交通拥堵的缓解。
•行人检测：毫米波雷达可以用于行人检测，减少交通事故的发生。
5.3 安防应用•入侵检测：毫米波雷达可以用于建筑物周边的入侵检测，实现对安全区域的监控和报警。
毫米波雷达及其应用
“长弓”毫米波雷达主要战术指标
战术指标 工作频段 作用距离 目标处理能力 目标分类 工作模式 参 数
Ka频段 8 km(运动目标), 6 km (静止目标) 发现、定位和分类128个静止或运动目标,按5种类型进行划分,按威胁等 级排序16个目标(小于1 min) 可分类坦克、轮式车辆、空防部署、直升机和固定翼飞机 空中目标模式(ATM):检测、定位、分类和优先排序固定翼或旋转翼威 胁, 8 km范围的360°覆盖, 180°、90°、30°扇扫; 地面目标模式(GTM):检测和定位地面和低空目标,飞机轴线±90°范 围提供90°、45°、15°扇扫; 地形轮廓模式(TPM):速度90 km /h以上时,提供2. 5 km³90°范围的障 碍物检测;速度90 km /h以下时,提供2. 5 km³180°范围的障碍物检测。 在低能见度的条件下对载机进行地形飞行导航; 内置检测模式:监视载机飞行时雷达的性能,在维护前和维护中隔离故 障。
雷达的起源和发展
1.2 雷达的起源
19世纪后期：电磁理论的建立和电磁波实验的突破， 为雷达的产生奠定了基础。 1865年，麦克斯韦理论上预言了电磁波的存在； 1886年，赫兹实验上证明了电磁波的存在； 1889年，实现了电磁波的产生，接收和目标散射。 这些成就为雷达的产生奠定了基础。
雷达的起源和发展
雷达的起源和发展
20世纪90年代：对雷达观察隐身目标的能力，在反辐 射导弹（ARM）与电子战（EW）条件下的生存能力和工作有 效性提出了很高的要求，对雷达测量目标特征参数和进行 目标分类、目标识别有了更强烈的要求
雷达的起源和发展
近十几年来，微电子机械和数字信号处理等技术的 飞速发展，为有源电扫相控阵列多功能雷达发展提供了 技术动力，这种雷达系统是新一代高分辨率雷达的代表。
毫米波雷达的原理及应用实验报告
毫米波雷达的原理及应用实验报告1. 引言在雷达领域，毫米波雷达是一种应用非常广泛且具有很高技术含量的技术，它在军事、民用领域都有重要的应用。
本实验旨在探究毫米波雷达的工作原理以及其在实际应用中的表现。
2. 实验原理毫米波雷达是一种利用毫米波进行测距的雷达技术。
毫米波具有较短的波长，能够实现更高的分辨率和更精确的测量。
其核心原理是利用射频（RF）信号发射器发射出的电磁波，然后通过接收器接收并处理返回的反射信号，最终计算出目标物体的距离、速度等参数。
具体而言，毫米波雷达主要依靠以下几个关键技术：- 射频（RF）信号发射器：利用高频电磁波进行信号发射。
- 接收器：接收目标物体反射的信号。
- 天线：发射和接收电磁波的装置。
- 处理单元：对接收到的信号进行处理、滤波和解调，从而得到目标物体的相关参数。
3. 实验步骤为了验证毫米波雷达的工作原理及应用，我们进行了以下实验步骤：3.1 实验材料及设备准备•毫米波雷达设备•测试目标物体（例如，金属板、纸片等）3.2 实验设置1.将毫米波雷达设备放置在实验室中，并确保其与目标物体之间没有任何遮挡物。
2.设置合适的信号频率和功率。
3.3 实验操作1.打开毫米波雷达设备，并连接相应的天线。
2.将目标物体放置在合适的距离处。
3.调整设备参数，使其适应目标物体的特性。
4.启动设备，开始信号发射和接收过程。
5.记录并分析接收到的信号，计算目标物体的距离、速度等参数。
3.4 实验数据分析根据实验记录的数据，我们可以进行以下数据分析，并得出结论：•测试不同距离下的信号强度和噪声水平，并绘制曲线图，观察信号衰减情况。
•计算目标物体的距离误差，评估毫米波雷达的测距精度。
•观察目标物体的组织结构、形状对信号反射的影响，并分析其原因。
4. 结果与讨论根据实验数据分析的结果，我们可以得出以下结论： - 毫米波雷达能够实现精确的测距功能，其测距精度较高。
- 信号衰减随着距离的增加而增加，但噪声水平也会相应增加。
浅谈毫米波雷达研究及其应用
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｎ ｄ Ａｐ ｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｎ Ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｍｅ ｔ ｅ ｒ Ｗａ ｖ ｅ Ｒａ ｄ ａ ｒ
现代 导航
２ ０ １ ３年
浅谈毫米波雷达研 究及其应用
张 小 红
（ 海 军装 备 部 驻 西 安地 区 军 事代 表局 ， 西 安 ７ １ ０ ０ ６ ８ ）
摘
要：随着技术发展，毫米波器件 、毫米波集成 电路 日趋成熟，毫米波雷达在国内外得到
了深入 的研 究和应 用 。 本 文分 析 了毫米波 的波段 特性 ， 对 毫米 波 雷达 的研 究及 其应 用进 行 了介 绍 。
１ ． １大气 传播特 性
影 响 毫米 波 传 播 的 主 要 因 素 是 氧 分 子 和 水 蒸
气 。这些 气体 的谐振 将在 毫米 波频 段产 生选 择性 吸
霾的 限制 ，红 外／ 光 电无法 发挥 作用 ，而 毫米 波雷 达 所 具有 的 穿透 烟 尘 、云雾 和 比厘米 波雷达 好得 多 的 抗 杂波 干扰 能力 和抗 多路径 效应 能力 ，可 以充分 发 挥 其精 密探测 和精 密跟 踪 的作用 ，因此被 各 主要 发 达 国家 研制 开发 作为 军事 项 目。
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄｓ ：Ｍ ｉ ｌ ｌ ｉ ｍｅ ｔ ｅ ｒ Ｗａ ｖ ｅ Ｒａ ｄ ａ ｒ ； Ｍｉ ｌ ｌ ｉ ｍｅ ｔ ｅ ｒ Ｗａ ｖ ｅ Ｄｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ； Ｅｍｉ ｓ ｓ ｉ ｏ ｎ Ｃｏ ｍｐ ｏ ｎ ｅ ｎ ｔ ； Ｒｅ ｃ ｅ ｉ ｖ ｅ ｒ
毫米波雷达的基本原理及其应用
毫米波雷达的基本原理及其应用1. 毫米波雷达的基本原理毫米波雷达是一种利用毫米波进行探测和测量的雷达系统。
毫米波指的是频率范围在30 GHz到300 GHz之间的电磁波。
与传统的雷达系统相比，毫米波雷达具有更高的频率、更短的波长和更高的分辨率，因此具有更高的精度和灵敏度。
毫米波雷达的基本原理如下：1.发射器：毫米波雷达系统通过发射器产生毫米波信号，发射器通常采用谐振腔和天线组成。
2.接收器：接收器接收反射回来的毫米波信号，并将信号转化为可用的电信号。
3.天线：天线是毫米波雷达系统中非常重要的组成部分，用于发射和接收毫米波信号。
4.信号处理：毫米波雷达将接收到的信号进行处理，通过比较发射信号和接收信号的差异来确定目标物体的位置、速度和其他特征。
5.数据分析和显示：毫米波雷达将处理后的数据进行分析，并通过显示设备将结果呈现出来，如显示目标物体的位置、速度等信息。
2. 毫米波雷达的应用毫米波雷达在多个领域有着广泛的应用，包括以下几个方面：2.1 无人驾驶汽车无人驾驶汽车是毫米波雷达的一个重要应用领域。
毫米波雷达可以通过探测周围的障碍物，帮助无人驾驶汽车实时感知和判断道路情况，从而避免潜在的危险。
利用毫米波雷达，无人驾驶汽车可以识别和跟踪其他车辆、行人和障碍物，确保行车安全。
2.2 安防监控毫米波雷达在安防监控领域也扮演着重要的角色。
通过毫米波雷达，可以实现对室内和室外区域的实时监控。
毫米波雷达可以检测到人体的微小移动，识别异常行为，并及时发出警报。
因为毫米波可以穿透一些障碍物，如墙壁和门窗，所以它在安保系统中具有较高的可靠性和准确性。
2.3 雷达成像毫米波雷达能够实现雷达成像，可以将目标物体的信息以图像的形式呈现出来。
与传统的雷达系统相比，毫米波雷达具有更高的分辨率和更好的画质，能够更准确地捕捉和显示目标物体的细节。
因此，毫米波雷达广泛应用于军事领域、航空航天领域和气象预报中。
2.4 人体检测与识别毫米波雷达在人体检测与识别方面有着广泛的应用。
毫米波雷达成像技术及应用
毫米波雷达成像技术及应用毫米波雷达成像技术是一种利用毫米波频段进行雷达成像的技术。
毫米波频段在30 GHz至300 GHz之间，具有较高的频率和短波长，因此具有很多优势和应用前景。
毫米波雷达成像技术主要通过对目标物体反射的毫米波信号进行探测和分析，得到目标物体的形状、距离、速度等信息。
首先，毫米波雷达成像技术具有较高的分辨率。
由于毫米波的波长较短，能够更精细地探测目标物体的细节信息，对于微小目标的检测具有较高的准确性。
这使得毫米波雷达成像技术在安全监测、医疗影像等领域具有广泛的应用潜力。
比如，可以用于安全领域的人体检测、姿势识别、行为分析等，或者用于医疗领域的乳腺癌早期检测、皮肤病变识别等。
其次，毫米波雷达成像技术具有较强的穿透性。
由于毫米波在大气中的衰减较小，可以更好地穿透到障碍物之后进行探测。
这使得毫米波雷达成像技术在隐蔽目标检测、遥感探测等领域具有优势。
例如，可以用于地质勘探中的地下油气储层探测、隐蔽武器或精密设备的检测等。
此外，毫米波雷达成像技术具有较好的抗干扰性能。
由于毫米波频段的使用较少，受到干扰的概率相对较小，可以减少误报率。
这对于一些对误报率要求较高的场景非常重要，比如在机场安检中，可以利用毫米波雷达成像技术进行人体检测，准确检测出可能藏匿在身体上的违禁物品。
此外，毫米波雷达成像技术还具有较强的适应性。
由于毫米波信号的特性，可以适应各种不同的环境条件。
比如，在恶劣的天气条件下，比如雨、雪等，毫米波雷达成像技术也能够比较好地工作，不受天气影响。
因此，毫米波雷达成像技术可以应用于气象预测、空中交通管理等领域，提供准确的信息支持。
总结来说，毫米波雷达成像技术以其高分辨率、强穿透性、抗干扰性和适应性等特点，具有广泛的应用前景。
它在安全监测、医疗影像、地质勘探、隐蔽目标检测、违禁品检测、气象预测等领域都有重要的应用价值。
随着技术的不断发展，毫米波雷达成像技术将逐渐成为各个领域中不可或缺的技术手段之一。
3d毫米波雷达的原理和应用
3D毫米波雷达是一种使用毫米波频段的雷达技术，它通过发送和接收毫米波信号来测量目标物体的距离、速度和角度信息。
以下是3D毫米波雷达的原理和应用：
原理：
1.发射器：3D毫米波雷达使用发射器产生毫米波信号，并将其发送到目标物体。
2.接收器：雷达接收器接收从目标物体反射回来的毫米波信号。
3.信号处理：通过分析接收到的毫米波信号，雷达系统可以计算目标物体与雷达之间的距
离、速度和角度信息。
4.数据可视化：最终，这些数据被转换成三维图像或点云等形式进行可视化，以呈现目标
物体的空间分布和运动特征。
应用：
1.自动驾驶车辆：3D毫米波雷达广泛应用于自动驾驶车辆中，用于实时感知周围环境、
检测障碍物并提供精确的位置和距离信息，从而帮助车辆进行导航和避障。
2.高级驾驶辅助系统（ADAS）：毫米波雷达也用于ADAS系统中，例如自适应巡航控制（ACC）、
盲点检测、车道保持辅助等功能，以提高驾驶安全性。
3.安防监控：3D毫米波雷达可用于安防监控系统，可以实时监测和追踪人员或物体的位
置和行为，用于入侵检测、区域监控等应用。
4.无人机导航：毫米波雷达可用于无人机导航和障碍物避免，以提供精确定位和环境感知
能力。
5.物体识别与分类：通过分析3D毫米波雷达返回的数据，可以对目标物体进行识别和分
类，例如人体、车辆、建筑物等。
总之，3D毫米波雷达利用毫米波频段的特点，具有高分辨率、抗干扰能力强等优势，在自动驾驶、安防、无人机等领域得到广泛应用。
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—— —— ——
Delphi（德尔福）
——
Denso（电装） Autoliv
长距离雷达LRR ——
——
中距ESR2.5
76~77GHz，向前 距离205m，视角 36°
——
——
——
中距
性能
76-77GHz，向前 160m，向后80m
短距
型号
性能
——
——
——
SRR320
24~25GHz
——
——
——
Car 情报局
6
车载毫米波雷达的发展趋势
Car 情报局
6 车载毫米波雷达的发展趋势
毫米波雷达将会具备更强的探测能力
Car 情报局
6 车载毫米波雷达的发展趋势
国产毫米波雷达将会占有一席之地。
毫米波雷达是无人驾驶车辆上的重要传感器，然而其核心技术长 期 以来掌握在Bosch、Delphi、Denso、TRW、Conti等几家公司手中。 国内供应商正在致力于车载毫米波雷达的国产化。
Car 情报局
4
毫米波雷达在无人车上的应用
Car 情报局
4 毫米波雷达在无人车上的应用
• 主流可用频段是24GHz和77GHz • 通常24GHz雷达检测范围为短距离，用作实现 BSD（Blind Spot
Detection，盲点探测系统)。 • 77GHz中长程雷达用作实现 ACC（Adaptive Cruise Control，自适应巡
Car 情报局
1.1、毫米波雷达的概念
毫米波雷达
看到这个词你想到了什么？
Car 情报局
1.1、毫米波雷达的概念
毫米波实质上就是电磁波。毫米波的频段比较特殊，其频率高于无线电， 低于可见光和红外线 。 毫米波雷达的波长为1mm～10mm，工作频率一般为30GHz ～ 300GHz，波束较 窄 ，具有较强的抗干扰能力。 雷达波具有较强的穿透力，能够透过空间中的烟雾，泥土，雨水进行传播， 环境的适应能力强。
航系统）。频率越高，距离和速度的检测分辨率越高。
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4 毫米波雷达在无人车上的应用
厂商 BOSCH（博世）
型号 远距LRR4
长距ARS410 continental（大陆）
长距ARS430
HELLA
——
长距
性能
型号
76-77GHz，向前
250m
中距MRR
76-77GHz，向前 170m 76-77GHz，向前 250m
Car 情报局
本讲小结
1、将毫米波雷达应用于无人驾驶车辆上有哪些优势？ 2、什么是毫米波雷达的分辨率？它是如何计算的？
Car 情报局
Car 情报局
1.2、毫米波雷达的发展
上世纪60年代的美国，毫米波雷达便开始在车载领域应用，其频率只有10GHz； 之后，为了缩小其体积，业内专家不断将频率往上提，来到30GHz、50GHz； 到了90年代，就发展出了60GHz、77GHz和94GHz的毫米波雷达； 时至今日，全球主要有四大毫米波雷达供应商即 Autoliv、Bosch、 Continental和 Delphi。
短距雷达SRR
76~77GHz，向前 174m
——
——
24GHz，向前 0.75~70m
——
——
——
——
——
短距雷达SRR 24GHz Car 情报局
4 毫米波雷达在无人车上的应用
Car 情报局
4 毫米波雷达在无人车上的应用
激光雷达VS毫米波雷达？
探测距离 精度
适应性
毫米波雷达 最大> 200m
较高 高
激光雷达 ≤150m 极高 较高
优势 劣势
全天候全天时工作、探 测量精度极高、分辨
测 距离远、性能稳定、 率 高、抗干扰能力强
分辨 率较高、测速精确 、测 距范围大，响应
速度快
在部分场景下易受信号 受恶劣天气影响、成
干 扰、无法识别物体属 本 高昂、制造工艺复
性、 探测角度小
杂
Car 情报局
4 毫米波雷达在无人车上的应用
优势
• 探测性能稳定； • 探测距离较长； • 环境适应性良好。
Car 情报局
5
应用实例
Car 情报局
5 应用实例
Delphi公司的ESR毫米波雷达
Car 情报局
5 应用实例
Delphi公司的ESR毫米波雷达的主要参数
Car 情报局
5 应用实例
Delphi公司的ESR毫米波雷达的数据获取与解析
Car 情报局
3
毫米波雷达的工作原理
Car 情报局
毫米波雷达可以测量哪些物理量？ 1、距离 2、速度 3、角度
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3.1 毫米波雷达测距原理
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3.2 毫米波雷达测速原理
探测目标的速度原理：多普勒频移原理。 根据多普勒效应，通过计算返回接收天线的雷达波的频率变化就可以得到 目标相对于雷达的运动速度，简单地说就是相对速度正比于频率变化量。当 目标和自车接近时，回波的频率相比发射频率有所升高，反之则频率降低。
A、B、C、D
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1.3、毫米波雷达的分类
分类
脉冲方式的毫米波雷达 调频连续波方式的毫米波雷达 ESR毫米波雷达
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2
毫米波雷达的构造
Car 情报局
2 毫米波雷达的构造
平面天线阵列雷达
Car 情报局
2 毫米波雷达的构造
平面天线阵列雷达
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2 毫米波雷达的构造
传感器原理及其在无人驾驶车辆中 的应用
Car 情报局
Car 情报局
第5讲 毫米波雷达及其应用
Car 情报局
Car 情报局
• 1、毫米波雷达的概念 • 2、毫米波雷达的构造 • 3、毫米波雷达的工作、车载毫米波雷达的发展趋势
1
毫米波雷达的概念
Car 情报局
3.3 毫米波雷达测角度原理
探测目标的角度原理：是通过多个接收天线接收到信号的时延来实现。
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3.4 毫米波雷达的分辨率
毫米波雷达的分辨率：雷达可以区分的两个物体的最近的距离。 计算公式：光速÷（雷达带宽×2） 。 请计算：3GHz带宽的毫米波雷达的分辨率 ？ 答案：5cm