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24G毫米波雷达在机车测距及避撞应用的探索

2017年02月27日 15:09 次阅读

最近接到一个项目,需要在机车上设计一款雷达产品,主要用于轨道交通方面的机车测距和避撞。在网上搜寻了一段时间,可以选择的有激光雷达、超声波雷达、红外雷达和毫米波雷达。对比了各个雷达的特点,激光雷达具有探测距离远,探测精确的特点,但是容易受到雨雾,特别是下雪和粉尘的干扰,这个在轨道交通行业中适应性不是很好。超声和红外雷达,具有价格低,设计简单的优点,但是同样容易受到温度变化的影响,在南方和北方会有很大的差别,另外探测的距离也有限。毫米波雷达探测的介质是电磁波,具有探测距离远、穿透能力强、环境适应性强以及实时性好等优点,尤其是波长较短者。

俗话说万事开头难!在搜寻了各大厂商的方案之后,最终选择了UMS的24G雷达方案,选择这个方案有几点好处:

1)方案比较灵活,可以选择集成度高、设计相对简单的单发双收的雷达芯片。也可利用分立器件自由组合出多个收发结合的方案,这样可以探测更加精准和扩展更广阔的探测范围。

2)拥有业界唯一的GaAs工艺,工作温度范围为-40度—125度,适用于机车工作环境。

3)开发工具和参考资料比较齐全。

在笔者的项目中,选择的是集成度较高的单芯片方案CHC2442-QPG。从图 1 CHC2442-QPG的内部架构,可以看出其内部集成了低噪声的VCO、Tx PA、混频器、接收LNA和中频放大器等核心功能。只需加上DSP处理单元就可以完成雷达的功能设计。如图2 UMS机车24G雷达模块原理框图所示,雷达模块支持单发双收和一路视频,与车载控制单元之间通过CAN总线以及以太网进行通讯。

图1:CHC2442-QPG的内部架构

图2:UMS机车24G雷达模块原理框图

在实际上车调试时,发现低速行车容易误报警,造成急刹车。然而实际场景中,车的前方并没有任何障碍物。于是把雷达模块射频前端的信号取样分析后发现,是轨道旁边的AP杆和信号机的杆子反射的雷达波,造成了芯片误读取前方有障碍物信号,从而输出报警造成急刹车。分析如图 3雷达探测范围示意图所示。

图3:雷达探测范围示意图

找到原因后,经过项目组分析讨论分两个方向来解决:

一是CHC2442-QPG的接收增益可调,在低速行车时调低雷达的接收增益,也就是降低雷达的接收灵敏度来滤掉轨旁的伪障碍物,如AP杆子、信号机等。该方向很容易实现,因为CHC2442-QPG可以通过SPI控制接收增益,这个接收增益可调节的范围为24dB,比较宽。

二是优化天线设计,缩小水平方向的波瓣宽度,由目前的60度减小到30度。该方向需要重新设计天线,从调整天线辐射单元的布局以及单个辐射单元的形状两个方面缩小水平方向的波瓣宽度。图 4阵列天线的设计对比所示,阵列天线的布局从左边长条形的布局调整到右边这种正方形的紧凑布局。天线的单元也由原来的单一辐射结构改为对称结构,并且在天线单元之间增加了功分网络,保证阻抗的合理匹配。这种对称结构可以在保持辐射增益不降的情况下,有效地缩小天线的面积。

图4:阵列天线的设计对比

通过不断努力优化,从如图 5的最终版阵列天线的水平波瓣宽度和增益可以看出,天线的水平波瓣宽缩小到30度,比初版缩小了一倍,增益保持在原来的21dBm左右。面积也减小了三分之一左右。最终通过同时控制CHC2442-QPG的接收增益和缩小天线的水平辐射波瓣宽度两个方面解决了误报警问题。

图5:最终版阵列天线的水平波瓣宽度和增益

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2024年全球车用激光雷达规模达2.232亿美元...

激光雷达在无人机、工业自动化、自动驾驶领域都是重要的产品,激光雷达鲸吞汽车行业还为时过早,但是已经闻...

发表于 2018-01-30 09:40 513次阅读
2024年全球车用激光雷达规模达2.232亿美元...

RFbeam 24GHZ雷达传感器手册

发表于 2018-01-28 05:27 483次阅读
RFbeam 24GHZ雷达传感器手册

北醒固态设计雷达,欢迎上官网查看

发表于 2018-01-26 09:22 496次阅读
北醒固态设计雷达,欢迎上官网查看

对感知技术的一系列进步以及2018年无人驾驶汽车...

我们首先应弄清楚,如何最好地填补传感器固有的缺陷。第二步可能更为重要,即制定最好的策略,将不同的数据...

发表于 2018-01-24 16:12 1604次阅读
对感知技术的一系列进步以及2018年无人驾驶汽车...

京东进行无人配送机器人发车仪式 展开首个城市级复...

京东无人配送机器人借助速腾聚创激光雷达以及其他传感器的数据融合,以厘米级的精度,感知三维真实世界,对...

发表于 2018-01-24 15:32 1698次阅读
京东进行无人配送机器人发车仪式 展开首个城市级复...

基于自动驾驶的传感器选择分析

在自动驾驶技术的研发中,选择以激光雷达还是摄像头为主要传感器是首要解决的问题,它们代表着两套完全不同...

发表于 2018-01-24 10:17 814次阅读
基于自动驾驶的传感器选择分析

第四代Cruise自动驾驶汽车开始来临

2018,自动驾驶真真切切地来了。

发表于 2018-01-22 10:47 1141次阅读
第四代Cruise自动驾驶汽车开始来临

2018年无人驾驶汽车传感器创新技术展望(毫米波...

MEMS让无人驾驶汽车看到路面、阅读交通标志、检测物体、分类、感知速度/轨迹和其他车辆,随着自动驾驶...

发表于 2018-01-20 17:13 2705次阅读
2018年无人驾驶汽车传感器创新技术展望(毫米波...

基于自动驾驶涉及的软硬件的简单介绍

那么,自动驾驶所涉及的软硬件有哪些呢? 传感器1 传感器相当于自动驾驶汽车的眼睛。通过传...

发表于 2018-01-19 15:45 1424次阅读
基于自动驾驶涉及的软硬件的简单介绍

根据公开资料对通用无人车的一些分析估计

通用汽车在2018年1月13日发布通用无人车安全报告,并宣称将在2019年量产基于Bolt纯电动车改...

发表于 2018-01-18 15:48 1131次阅读
根据公开资料对通用无人车的一些分析估计

通过众筹也可画出自动驾驶高清地图 Uber就是就...

自动驾驶上配置激光雷达可以更好的捕捉周围的环境从而造出自动驾驶高清地图。但是也有人认为即使不需要激光...

发表于 2018-01-16 09:16 163次阅读
通过众筹也可画出自动驾驶高清地图 Uber就是就...

恩智浦推出的雷达产品面向高分辨率和长测距功能的自...

恩智浦的全套雷达收发器构成了业界唯一基于BiCMOS和高级RF CMOS工艺技术的雷达产品组合,利用...

发表于 2018-01-15 11:37 1616次阅读
恩智浦推出的雷达产品面向高分辨率和长测距功能的自...

Cepton与May Mobility合作 计划...

近日激光雷达制造商Cepton与May Mobility达成合作,欲计划在May Mobility的...

发表于 2018-01-11 14:31 188次阅读
Cepton与May Mobility合作 计划...

MEMS激光雷达公开演示以及其优点介绍

长距离、高分辨率、低成本、高量产能力、车轨级别的质量与稳定性——RS-LiDAR-M1 Pre注定将...

发表于 2018-01-11 14:14 1488次阅读
MEMS激光雷达公开演示以及其优点介绍

II-VI推出了一款专为LiDAR应用而开发的宽...

据麦姆斯咨询报道,微型光学元件和精密光学涂层全球领导者II-VI(贰陆)公司近日宣布推出了一款专为L...

发表于 2018-01-11 14:05 1294次阅读
II-VI推出了一款专为LiDAR应用而开发的宽...

CES 2018:速腾聚创再次亮出两项激光雷达领...

速腾聚创亮出两项全球领先的激光雷达领域突破性技术:MEMS激光雷达和摄像头的底层融合技术和基于高精地...

发表于 2018-01-11 14:00 1409次阅读
CES 2018:速腾聚创再次亮出两项激光雷达领...

TetraVue推出了一个系统 它能将2D图像...

日,加州的TetraVue公司表示将能解决这个问题。该公司推出了一个系统,该系统可以将激光雷达的2D...

发表于 2018-01-10 09:25 1030次阅读
TetraVue推出了一个系统  它能将2D图像...

自驾车传感器持续创新演进是自驾车市场未来数年扩展...

随着时序步入2018年,各家科技、汽车及新创企业如何针对上述自驾车传感器持续创新演进,以及如何强化实...

发表于 2018-01-10 08:43 1347次阅读
自驾车传感器持续创新演进是自驾车市场未来数年扩展...

深度解读之激光雷达技术以及其应用

“雷达”是一种利用电磁波探测目标位置的电子设备.电磁波其功能包括搜索目标和发现目标;测量其距离,速度...

发表于 2018-01-09 13:03 752次阅读
深度解读之激光雷达技术以及其应用

AESA提供的新的捷变性可将完全不同的雷达系统集...

应用于瓦片阵列MPAR的设计与装配技术既可用于通信,也可应用于感知,支撑着有源天线能力以低廉的价格适...

发表于 2018-01-08 10:37 1499次阅读
AESA提供的新的捷变性可将完全不同的雷达系统集...