雷達(dá)的工作原理
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雷達(dá)最初被軍方用來檢測(cè)敵機(jī)，在戰(zhàn)爭(zhēng)期間是一個(gè)重要的傳感器被各方使用。如今，它被廣泛用于自適應(yīng)巡航控制以及自動(dòng)駕駛中的障礙物檢測(cè)。下面讓我們看一下該傳感器的工作原理、優(yōu)缺點(diǎn)以及如何檢測(cè)物體的位置和速度。
在自動(dòng)駕駛汽車中，雷達(dá)用于自動(dòng)駕駛時(shí)是一種出色的互補(bǔ)傳感器，可以解決其他傳感器的一些弱點(diǎn)。像Tesla或Comma.ai之類的公司使用RADAR與攝像頭相結(jié)合來確保系統(tǒng)能正常工作，并獲得了出色的傳感器融合模塊。
總而言之，雷達(dá)可以直接測(cè)量物體的速度，并且可以在白天，夜晚，雨天，霧天，大雪等不同場(chǎng)景下工作，而其他傳感器可能會(huì)遇到問題。
介紹
RADAR利用無(wú)線測(cè)距，通過發(fā)出電磁（EM）波，該電磁波在遇到障礙物時(shí)會(huì)反射。由于它使用EM波工作，因此可以在任何條件下工作。
我們必須了解的一件事是，我們正在處理電磁波，就像在高中物理中一樣。
每個(gè)波都有一個(gè)波長(zhǎng)，一個(gè)頻率，一個(gè)振幅和一個(gè)相位。
處理這些波浪將幫助我們找到障礙。
FMCW
有許多不同類型的雷達(dá)，其中最常用的是一種稱為FMCW-調(diào)頻連續(xù)波。該波看起來像這樣：這是一個(gè)稱為鋸齒的信號(hào)，其頻率可以隨時(shí)間增加或減少。
（資源）
FMCW雷達(dá)的硬件包括很多東西：
頻率合成器-一種將波設(shè)置為正確頻率的裝置。
功率放大器—一種放大信號(hào)的東西，以便RADAR可以在遠(yuǎn)距離（300m）看到。
天線—一種將電能轉(zhuǎn)換為電磁波的東西，該電磁波被發(fā)送到特定的方向并被反射（返回到天線）。
混頻器-有助于頻移的功能。
處理器-就像在任何計(jì)算機(jī)中一樣，處理器可以幫助進(jìn)行計(jì)算，我們甚至可以處理信號(hào)來進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，聚類，跟蹤等。
當(dāng)發(fā)射的波到達(dá)物體時(shí)；它反映了。但是如何反映的？大家會(huì)注意到，物體并不總是完全反射回RADAR的天線。反射指數(shù)稱為雷達(dá)橫截面（RCS）?用于并考慮到：目標(biāo)的幾何形狀、雷達(dá)的方向、頻次、靶材。RCS是一種考慮了所有這些因素的指標(biāo)。
現(xiàn)在考慮一下隱形飛機(jī)的以下圖像。這種類型的飛機(jī)可能完全未被RADAR探測(cè)到，這是因?yàn)槠鋷缀涡螤钤O(shè)計(jì)可將波向其他方向偏轉(zhuǎn)，其光滑的表面以及旨在吸收波的非反射性涂料，因此它們不會(huì)返回發(fā)射器。
由于反射率和其他因素，可以使用RADAR對(duì)障礙物進(jìn)行分類。
當(dāng)我們想使用雷達(dá)時(shí)，涉及許多不同的方程式。實(shí)際上，這是100％的信號(hào)處理。但是，數(shù)學(xué)很簡(jiǎn)單，在數(shù)學(xué)上并不難。假設(shè)我們前面有輛汽車，我們需要知道它與我們之間的距離。
我們知道信號(hào)的速度，因?yàn)樗诳罩袀鞑ァ?strong>c ＝ 3×10?。
我們可以測(cè)量信號(hào)返回的時(shí)間：T。那么，達(dá)到目標(biāo)所需的時(shí)間為T / 2。
范圍只是R =?c * T / 2。
這就是所謂的多普勒效應(yīng)。
如大家所見，幾個(gè)波完全不同。
紅波是雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)。
頂部的藍(lán)波是正在接近的車輛的反射波-波長(zhǎng)很小。
底部的藍(lán)色波是遠(yuǎn)離我們的車輛的反射波-波長(zhǎng)很大。
當(dāng)我們計(jì)算頻率偏移時(shí)，我們可以確定車輛的速度和方向：這稱為多普勒效應(yīng)。
多普勒頻移方程
我們知道：
fD-頻率偏移（已測(cè)量，未保留詳細(xì)信息）
λ—波長(zhǎng)
因此，我們可以確定車輛的速度ν。
RADAR的輸出沒有任何邏輯信息，它只顯示了波動(dòng)。我們?cè)诖瞬ㄖ形ㄒ豢梢钥吹降氖欠群皖l率。利用快速傅立葉變換（FFT）將該波轉(zhuǎn)換為可解釋的信號(hào)。
一旦進(jìn)入頻域，我們可以注意到一些波在不同的頻率處反射，并將它們與其他波分開。每個(gè)峰代表檢測(cè)到的障礙。
雷達(dá)是一種非常復(fù)雜的傳感器，對(duì)于一個(gè)障礙RADAR可能輸出5或6次檢測(cè)。沒有障礙物時(shí)出于一些未知原因，雷達(dá)可能也會(huì)顯示了一些檢測(cè)結(jié)果。我們稱之為噪音。噪音來自各種事物，蘇打水可以反射一些波，讓他并看起來像是障礙物。為了過濾噪聲，我們使用一種稱為SNR或信噪比的度量。雷達(dá)輸出波和振幅。幅度越高，檢測(cè)的可能性越高。
最后，我們能夠檢測(cè)到障礙物并估算其速度。但是我們得到的僅僅是反射波，這要?dú)w功于FFT。我們可以輸出許多結(jié)果，并且可能需要對(duì)輸出進(jìn)行聚類。
聚類算法是基于距離計(jì)算的算法，例如歐幾里得聚類或K均值聚類。
結(jié)論—
RADAR是一個(gè)非常強(qiáng)大的工具。由于噪音，它不能真正在自動(dòng)駕駛環(huán)境中單獨(dú)使用。但它可以與相機(jī)或LiDAR結(jié)合使用，功能非常強(qiáng)大。它可以在許多條件下工作，并且可以直接估算范圍和速度。通過一些工作，它甚至可以進(jìn)行物體的分類。
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