在當今快速發展的自動駕駛技術領域，傳感器的作用日益凸顯，它們是實現車輛環境感知的基石。其中，毫米波雷達因其優勢，已成為自動駕駛傳感器套件中重要的一部分。這種雷達不僅能夠在各種惡劣的天氣條件下穩定工作，還能提供精確的距離和速度信息，這對于車輛的安全導航至關重要。

一、毫米波雷達概述

RADAR(RAdio Dectecting And Ranging)是指利用毫米波信號（30-300GHz）來探測和測量目標的雷達系統，其中毫米波是微波的一個子頻段。在汽車領域，使用的毫米波雷達主要在24GHz，77GHz和79GHz三個頻段，如圖1所示。

圖1 毫米波雷達頻段

我們知道隨著毫米波雷達工作頻率越高，波長就越短，分辨率就越高。因此，與24GHz雷達相比，工作頻率在76-81GHz的毫米波雷達，物體分辨準確度，測速和測距精確度都會進一步提高，能檢測行人和自行車，且設備體積更小，更便于在車輛上安裝和部署。

按照探測距離，毫米波雷達可分為短程（SRR），中程（MRR）和遠程（LRR）雷達，如圖2所示。

圖2 短、中、遠程雷達

為了在車端更好的采集車輛周圍信息，通常將毫米波雷達安裝在車輛正前方和四周，即角雷達和前向雷達。主要實現BSD、LCA等L0自動駕駛功能，以及在ACC等L1~L2自動駕駛功能中實現重要的目標感知。如圖3所示。

圖3 角雷達與前向雷達

進一步來說，通過三種探測距離的雷達不同程度組合，可以承擔著不同的ADAS功能，如表1所示：

表1 ADAS功能與雷達配置

二、毫米波雷達工作原理

毫米波雷達通過天線發射特定波形的電磁波，并接收目標反射的電磁波，通過信號處理計算出目標的位置、移動速度和方位等信息。毫米波雷達主要由天線、射頻（RF）組件和數字信號處理模塊組成，如下圖4所示。

圖4 毫米波雷達組成（圖片來源于網絡）

從技術角度來看，FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave ）調頻連續波雷達是現在的主流方案。相對于其他的波形調制技術而言，FMCW 可進行多目標探測，距離與速度探測，并可對目標進行連續追蹤，系統敏感性高且誤報率低。FMCW發送的是頻率隨時間變化的波形，通常是線性變化的，如圖5所示。

圖5 FMCW波形（圖片來源于網絡）

通過上述分析，毫米波雷達工作流程如下，如圖6所示：

圖6 毫米波雷達工作流程（圖片來源于網絡）

1. 首先射頻發射器TX產生電磁波信號并且將之發射，信號到達目標物體；

2. 物體反射或者散射信號形成回波信號，接收器RX接收回波信號；

3. 混頻器將回波信號與原始信號混合，經過濾波器進行濾波，得到中頻IF信號（實際是雷達發射信號與回波信號的頻率差，包含有物體的位置、速度等信息）；

4. 中頻信號輸入到處理后端進行調制解調、FFT（FastFourierTransform，快速傅里葉變換）等算法處理，提取目標信息(Point cloud)并進行分析，實現目標檢測、距離測量、速度測量、方位估計；

5. 最終將結果輸出以進行后續感知處理。

三、4D毫米波雷達

在3D毫米波雷達的應用中，主要收集的數據涵蓋了物體的X、Y坐標和速度（v），然而，這種技術在獲取目標高度信息方面存在局限。例如，在橋洞和前車同處一距離時，由于缺少高度信息，可能導致誤判，從而引發不必要的緊急制動。此外，它在識別靜止目標、判斷物體高度或區分相鄰障礙物時也面臨挑戰。

隨著技術的快熟發展，新一代的4D毫米波雷達通過增加對物體俯仰角度的測量，有效地彌補了這一缺陷，實現了對物體高度的識別。

所謂“4D”，是指這種雷達能夠測量目標的距離、水平方位、速度以及高度四個維度的信息。4D毫米波雷達不僅繼承了傳統毫米波雷達在各種天氣和光照條件下穩定工作的能力，以及能夠探測到被遮擋物體的優勢，還在測量精度和分辨率上實現了顯著提升。

它能夠識別更小的物體、靜止物體，甚至是空中的障礙物。這種雷達對復雜道路環境的適應性更強，這得益于其配備的縱向天線和采用的MIMO（多輸入多輸出）技術，這些技術共同作用，形成了虛擬的孔徑陣列，從而提高了對角度、速度和距離的分辨率。

四、總結

隨著技術的不斷進步，毫米波雷達正朝著更高分辨率、更低成本和更強的集成能力的方向發展，特別是在4D成像技術的應用上，它通過增加對物體高度的測量能力，顯著提升了對復雜交通環境的感知和理解。

在自動駕駛領域，毫米波雷達以其全天候的工作能力、遠距離探測性能、高精度測量以及物體識別與分類的能力，成為了實現安全、可靠自動駕駛的關鍵傳感器技術。隨著成本的降低和性能的提升，毫米波雷達不僅能夠作為其他傳感器的有力補充，還能為未來的智能出行提供了堅實的技術基礎。