任務(wù)2.3 毫米波雷達(dá)測距實(shí)踐任務(wù)

任務(wù)2.3毫米波雷達(dá)測距實(shí)踐任務(wù)導(dǎo)入任務(wù)導(dǎo)入由于毫米波雷達(dá)具有探測距離遠(yuǎn)、探測性能好、響應(yīng)速度快和適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，運(yùn)用多普勒效應(yīng)可以更好地探測運(yùn)動(dòng)物體，提高運(yùn)動(dòng)車輛的感知準(zhǔn)確性，綜合以上特點(diǎn)，毫米波雷達(dá)符合前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)的功能需求，本任務(wù)將以實(shí)訓(xùn)的形式重點(diǎn)學(xué)習(xí)毫米波雷達(dá)的相關(guān)特性。毫米波雷達(dá)認(rèn)知（1）毫米波雷達(dá)的定義毫米波雷達(dá)是工作在毫米波頻段的雷達(dá)，它通過發(fā)射與接收高頻電磁波來探測目標(biāo)。毫米波為波長在1～10mm的電磁波，頻率范圍在30～300GHz之間。毫米波雷達(dá)主要應(yīng)用于ADAS系統(tǒng)中的前向碰撞預(yù)警系統(tǒng)、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)和盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)等。（2）毫米波雷達(dá)的工作原理與組成通過內(nèi)置天線向外發(fā)射毫米波，接收機(jī)接收目標(biāo)反射信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理器處理后快速準(zhǔn)確地獲取汽車周圍的環(huán)境信息（如雷達(dá)與被測物體的相對距離、相對速度、相對角度和行駛方向等），然后根據(jù)所探知的被測物體信息進(jìn)行目標(biāo)追蹤與識(shí)別，并結(jié)合車輛動(dòng)態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合判定，最終通過微處理模塊進(jìn)行智能處理，最終提示駕駛員。（3）毫米波雷達(dá)的布置位置毫米波遇到金屬會(huì)發(fā)生強(qiáng)烈的電磁波反射，所以為了保證毫米波可以正常發(fā)射，毫米波雷達(dá)需要布置在沒有金屬遮擋的區(qū)域。毫米波雷達(dá)重點(diǎn)用于探測與周圍車輛的距離及相對速度，所以為了保證探測精度，毫米波雷達(dá)通常布置在車身中位高度處。毫米波雷達(dá)普遍布置在前保險(xiǎn)杠下部和后保險(xiǎn)杠內(nèi)部，如圖毫米波雷達(dá)的測量原理（1）多普勒效應(yīng)多普勒效應(yīng)的定義：波源和觀察者有相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀察者接受到波的頻率與波源發(fā)出的頻率并不相同的現(xiàn)象。聲音的多普勒效應(yīng)：當(dāng)聲源與觀察者相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲源與觀察者互相接近則觀察者聽到的音調(diào)將升高，聲源與觀察者互相遠(yuǎn)離則觀察者聽到的音調(diào)將降低。光的多普勒效應(yīng)：光波頻率的變化使人感覺到是顏色的變化。如果恒星遠(yuǎn)離我們而去，則光的譜線就向紅光方向移動(dòng)，稱為紅移；如果恒星朝向我們運(yùn)動(dòng)，光的譜線就向紫光方向移動(dòng)，稱為藍(lán)移。（2）毫米波雷達(dá)的測距原理毫米波雷達(dá)利用多普勒效應(yīng)來測量目標(biāo)的距離和速度，通過發(fā)射源向測量目標(biāo)發(fā)射毫米波信號(hào)，并分析發(fā)射信號(hào)頻率和反射信號(hào)頻率之間的差值，精確測量出目標(biāo)相對毫米波雷達(dá)的距離和速度等信息。物體輻射的波長因?yàn)椴ㄔ春陀^測者的相對運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生變化。在運(yùn)動(dòng)的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高（藍(lán)移blueshift）；在運(yùn)動(dòng)的波源后面，會(huì)產(chǎn)生相反的效應(yīng)，波長變得較長，頻率變得較低（紅移redshift）；波源的速度越高，所產(chǎn)生的效應(yīng)越大。根據(jù)波紅（或藍(lán)）移的程度，可以計(jì)算出波源循著觀測方向運(yùn)動(dòng)的速度。（3）毫米波雷達(dá)的分類毫米波雷達(dá)按照發(fā)射毫米波頻率分為兩類，分別是24GHz雷達(dá)與77GHz雷達(dá)，他們的區(qū)別如表24GHz雷達(dá)77GHz雷達(dá)技術(shù)成熟度較成熟成本和性能仍需優(yōu)化頻率小大波長長短天線大小工藝性易難精度低高增益（探測距離，天線個(gè)數(shù)）低（近，少）高（遠(yuǎn)，多）查看毫米波雷達(dá)基本參數(shù)以HLK-LD303-24G型號(hào)的毫米波雷達(dá)為例，進(jìn)行毫米波雷達(dá)測距性能的實(shí)訓(xùn)學(xué)習(xí)。首先需要明確毫米波雷達(dá)的發(fā)射面，如圖所示，PCB板的正面分布著集成電路、電源接口和數(shù)據(jù)接口，PCB板的背面分布著毫米波的發(fā)射天線，在實(shí)訓(xùn)開始前需要明確天線的朝向，以免無法獲取毫米波雷達(dá)的測距結(jié)果。此款毫米波雷達(dá)的接口共有4個(gè)PIN腳，分別為VCC.TX、RX和GND其中各引腳功能為：VCC引腳提供5V工作電壓；GND引腳提供接地；TX引腳為串口發(fā)送引腳，用來將毫米波雷達(dá)的測距結(jié)果以串口數(shù)據(jù)的形式發(fā)送出去；RX引腳為串口接收引腳，用來向毫米波雷達(dá)發(fā)送串口控制指令數(shù)據(jù)。查看毫米波雷達(dá)技術(shù)參數(shù)該型號(hào)毫米波雷達(dá)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)以上技術(shù)參數(shù)作為該型號(hào)毫米波雷達(dá)實(shí)訓(xùn)測試結(jié)果的參考量，用來驗(yàn)證該型號(hào)毫米波雷達(dá)實(shí)際測試結(jié)果是否正確。項(xiàng)目參數(shù)發(fā)射頻率24.00～24.250GHz天線樣式水平角度43°/垂直角度116°工作電流79mA（5V）工作電壓DC5V～12V工作溫度-20～+60℃數(shù)據(jù)接口TTL串口數(shù)據(jù)格式115200，8，n，1（波特率，一次傳輸8bit，無校驗(yàn)位，一個(gè)停止位）響應(yīng)時(shí)間≥60ms探測范圍10～350cm探測盲區(qū)10cm探測精度5cm查看毫米波雷達(dá)通信協(xié)議由于毫米波雷達(dá)接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)接口均為TTL串行接口，需提前明確串行接口的通信協(xié)議，如表2-3和表2-4所示，以便正確讀取毫米波雷達(dá)返回的測試數(shù)據(jù)內(nèi)容。1．TX輸入?yún)f(xié)議字閾幀頭地址命令號(hào)命令參數(shù)校驗(yàn)幀尾字節(jié)長度211212內(nèi)容BAAB00E5XX0055BB幀頭：固定2字節(jié)，0xBAAB；地址：0x00，固定字節(jié)；命令號(hào)：設(shè)置最大檢測距離的命令號(hào)，為0xE5，固定字節(jié)；命令參數(shù)：設(shè)置最大檢測距離，占2字節(jié)，高位在前；校驗(yàn)：無校驗(yàn)，0x00，固定字節(jié)；幀尾：固定2字節(jié)，0x55BB；設(shè)置成功返回：0D0A7772697465206F6B0D0A。2．RX輸出協(xié)議字閾幀頭長度地址距離預(yù)留狀態(tài)信號(hào)強(qiáng)度微動(dòng)雷達(dá)關(guān)閉校驗(yàn)字節(jié)數(shù)2112112111內(nèi)容55A50AD3XXXXXXXXXXX長度：除幀頭及校驗(yàn)字節(jié)外的字節(jié)數(shù)，0x0A，固定字節(jié)；地址：0xD3，固定字節(jié)；距離：單位：cm，占2字節(jié)，高位在前；預(yù)留：占1個(gè)字節(jié)，取值0x00，固定字節(jié)；狀態(tài)：目標(biāo)有無。占1字節(jié)，0：無人1：有人；信號(hào)強(qiáng)度：單位：k，占2字節(jié)，高位在前；微動(dòng)：取值0或1，0：無微動(dòng)，1：有微動(dòng)；雷達(dá)關(guān)閉：雷達(dá)是否已關(guān)閉，取值0或1，0：沒有關(guān)閉1：已關(guān)閉；校驗(yàn)：除校驗(yàn)字閾外所有字節(jié)和，并取低8位，占1字節(jié)。3．RX返回值解析例如55A50AD300580001014C01017F，其中0058為測試距離值，014C為信號(hào)強(qiáng)度值，這兩個(gè)值均為十六進(jìn)制數(shù)值，需要轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制數(shù)，轉(zhuǎn)換后距離為88cm，信號(hào)強(qiáng)度為332K。搭建測試環(huán)境實(shí)訓(xùn)試驗(yàn)需要準(zhǔn)備電腦，數(shù)據(jù)線和毫米波雷達(dá)。其中電腦作為主控端，預(yù)裝了毫米波雷達(dá)的上位機(jī)軟件，通過USB線與毫米波雷達(dá)相連，提供電源及通信，搭建方式1．毫米波雷達(dá)測距軟件安裝雙擊文件夾中的.exe文件，即可打開毫米波雷達(dá)測距軟件。軟件界面如圖所示，包括3個(gè)頁面。頁面一為串口配置界面和測試結(jié)果顯示界面，將串口號(hào)與電腦中的串口號(hào)對應(yīng)，并將串口數(shù)據(jù)格式設(shè)置為“115200，8，n，1”，詳見2.3.4中毫米波雷達(dá)技術(shù)參數(shù)。以上設(shè)置完畢后，單擊“連接”按鈕，毫米波雷達(dá)開始工作，結(jié)果顯示區(qū)將隨不同障礙物而變化。2．接入毫米波雷達(dá)并進(jìn)行串口調(diào)試接入毫米波雷達(dá)后，軟件會(huì)自動(dòng)匹配串口通道，如自動(dòng)匹配失敗，可以在電腦上的設(shè)備管理器中進(jìn)行設(shè)置，如圖串口調(diào)試成功后，單擊軟件界面中給的“連接”按鈕，即可進(jìn)行毫米波雷達(dá)測距性能測試，如圖3