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雷达技术原理与典型应用:24GHz毫米波雷达及5.8GHz微波雷达分析

雷达是无线电探测与测距的缩写。其基本工作原理是向空间发射特定形式的电磁波信号,并接收由目标反射的回波信号。通过处理与分析

雷达是无线电探测与测距的缩写。其基本工作原理是向空间发射特定形式的电磁波信号,并接收由目标反射的回波信号。通过处理与分析发射信号与回波信号之间的参数差异,可以获取关于目标的距离、径向速度、方位和高度等信息。

雷达系统的核心工作流程包含信号生成、发射、接收与处理四个主要环节。发射机产生特定频率的无线电波,经由天线以定向波束形式辐射到空间中。当电磁波在传播路径上遇到物体时,部分能量会被反射。雷达天线接收这些微弱的反射信号,并传送至接收机。接收机对信号进行放大、滤波等处理。最终,信号处理器通过计算发射脉冲与接收回波之间的时间差,乘以光速并除以二,即可得到目标的距离信息。若目标与雷达存在相对径向运动,则回波信号会产生多普勒频移,通过测量该频移可以计算出目标的径向速度。

在雷达频段中,24GHz与5.8GHz是两种常用的频率,其对应的雷达系统在特性与应用上存在显著区别。

24GHz雷达通常工作在24.00-24.25GHz的工业、科学和医疗频段。其波长约为12.5毫米,属于毫米波范畴。由于频率高、波长短,该频段雷达的天线尺寸可以做得较小,易于实现小型化集成。同时,较短的波长意味着在相同天线尺寸下能获得更窄的波束宽度,从而具备较高的角度测量精度和分辨率。然而,高频信号在大气中传播时衰减相对较大,尤其在雨、雾等恶劣天气条件下,其有效探测距离会受到一定影响。此外,该频段可用带宽较窄,限制了距离分辨率的进一步提升。

5.8GHz雷达的工作频率在5.725-5.875GHz范围内,波长约为5.2厘米,属于厘米波或微波范畴。相比24GHz,其波长较长,在大气中传播的衰减较小,具有更远的有效探测距离和更好的环境适应性。较长的波长使其在穿透非金属介质(如塑料、衣物、薄墙)方面表现更优。但是,在相同天线尺寸条件下,其波束宽度较宽,方位分辨能力相对较低。该频段通常可用带宽更宽,有利于实现更高的距离分辨率。

基于上述技术特性的差异,24GHz毫米波雷达与5.8GHz微波雷达在应用场景上各有侧重。

24GHz雷达因其精度高、体积小的特点,主要应用于对测距、测速精度及系统体积有较高要求的场景。在汽车电子领域,它常用于短距、中距车载雷达,实现盲点监测、变道辅助、后方横向交通预警等功能。在工业领域,用于液位、物位的精确测量,料位检测,以及工业机械的防撞和安全防护。在智能交通系统中,可用于车辆计数、车型分类及路口交通流量监测。在安防领域,可实现周界入侵检测、静止人员存在感知(如室内智能照明触发)等。

5.8GHz雷达则凭借其探测距离远、穿透性强和成本相对较低的优势,在一些特定场景中发挥作用。在交通管理中,常用于车辆超速抓拍系统的测速雷达,因其作用距离远且受天气影响小。在智能停车领域,用于车位占用状态的检测,其较好的穿透性可以降低对安装位置的苛刻要求。在一些存在非金属遮挡物的工业物位测量场景中,它可能是更合适的选择。在智能家居的体感设备中,也有应用实例。

从解决的问题来看,24GHz雷达主要解决了在复杂近距离场景下对目标高精度、高分辨率感知的需求,以及在有限安装空间内集成雷达传感器的难题。5.8GHz雷达则主要解决了中远距离稳定探测、在轻微遮挡条件下工作以及对系统成本较为敏感场景下的感知需求。

综上所述,24GHz毫米波雷达与5.8GHz微波雷达是两种特征互补的传感器技术。技术选型需综合考虑具体应用场景对探测距离、测量精度、环境适应性、安装尺寸及系统成本等多方面的要求。随着技术的发展,更高频段的毫米波雷达(如77GHz、79GHz)因其更宽的带宽和更小的尺寸,正在汽车高级驾驶辅助系统等领域拓展应用,但24GHz与5.8GHz雷达凭借其成熟的技术与明确的场景适应性,仍在众多领域中扮演着不可替代的角色。