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在认识毫米波雷达之前，我们先简单介绍一下毫米波。频率在1 000 MHz以下的波属于普通频段，频率在1 000 ～ 30 000 MHz的波属于微波，频率在30 000 ～ 300 000 MHz（波长1 ～10 mm）的波属于毫米波。毫米波波长短、频段宽，易实现窄波束，分辨率高，不易受干扰。
根据波的传播理论，频率越高，波长越短，分辨率越高，穿透能力越强，但在传播过程中的损耗也越大，传输距离越短；频率越低，波长越长，绕射能力越强，传输距离越远。所以与微波相比，毫米波的分辨率高，指向性好，抗干扰能力强和探测性能好；与远红外波相比，毫米波的大气衰减小，对烟雾、灰尘具有更好的穿透性，受天气影响小。这些特质决定了毫米波雷达具有全天时、全天候的工作能力。
举个例子，我们通常看到的灰尘的直径大概为1 ～ 100μm，自然界的雨点的直径为0.5 ～ 4 mm。所以波长与它们相等或者更长的电磁波可以轻易穿透这些障碍物，毫米波便拥有这样的能力。毫米波雷达这个性能是其他传感器难以实现的。
表2.1 电波波长及应用
毫米波雷达是测量被测物体相对距离、相对速度、方位的高精度传感器，早期被应用于军事领域。随着雷达技术的发展与进步，毫米波雷达被开始应用于汽车领域。毫米波在智能驾驶方面主要应用于采集车辆前方、后方、侧向运动目标的位置和运动速度。毫米波较易于识别静态目标。
车载毫米波雷达的原理是通过天线向外发射毫米波，接收目标反射信号，经过后方处理后，快速准确地获取汽车车身周围的环境信息，然后根据所探知的物体信息对其进行目标跟踪和识别分类，进而结合车身动态信息进行数据融合，最终通过中央处理单元进行智能处理；经合理决策后，以声、光及触觉等多种方式告知驾驶员，或及时对汽车作出主动干预，以确保驾驶过程的安全性和舒适性，减少事故发生频率。如图2.1所示，为博世公司的一款毫米波雷达。
图2.1 毫米波雷达
实际上，在20世纪60年代的美国，毫米波雷达便开始在车载领域中应用，但是当时的工艺水平较低，应用的是单天线，前端只能一收一发，其频率只有10 GHz。这种雷达装置配备在车辆的前方并不美观，类似于两个盘子放在前端。之后，为了缩小其体积，业内专家不断将频率往上增加，增加到30 GHz、50 GHz。雷达频率越高、天线尺寸就越小，意味着同样尺寸的雷达，其天线波束的集中度更高。到了90年代，就发展出60 GHz、77 GHz和94 GHz的毫米波雷达。60 GHz频段后来主要用来通信，94 GHz主要是军用频段，而工业上则选择了77 GHz作为主流的毫米波雷达频段。在历史上，也有比较典型的毫米波雷达应用。1992年，美国交通部门在公交车上安装了1 500套毫米波雷达，到1993年取得了立竿见影的效果：交通事故发生率下降了25%。不过最后因为效果太好，损坏了一些既得利益者的利益，所以在1994年被全部拆除。
频带宽、波长短和大气传播衰减大，是毫米波的三大特性。
①频段宽。通常认为毫米波频率范围为26.5 ～ 300 GHz，带宽高达273.5 GHz，超过从直流到微波带宽之和的十倍。即使考虑大气吸收，在大气中传播时仅使用4个窗口，这4个窗口的总带宽高达135 GHz，是微波以下各频段带宽之和的5倍，可以容纳大量系统信号在该频谱工作而不会产生相互干扰。
②波长短。毫米波的频率介于红外波和厘米波之间，所以综合了两者的一些优点：能够像厘米波一样在全天候环境下工作，抗干扰能力强，不受物体表面形状、颜色的干扰；又具有红外波一样的高分辨率，易于利用多普勒效应对动态目标进行识别；还具有波束窄、天线口径小、更容易小型化的优点。
③大气传播衰减大。毫米波在非“大气窗口”频率传播时，大气对毫米波具有较强的衰减作用，尤其在60 GHz、120 GHz、180 GHz这三个频段附近，其衰减出现极大值，即出现“衰减峰”。但是即使如此，毫米波相对于激光和红外线，对水滴、尘埃和烟雾的穿透能力更强，一般为150 ～ 200 m。
基于毫米波的特性，毫米波雷达拥有以下优点：
①响应速度快。毫米波的传播速度与光速一样，并且其调制简单，配合高速信号处理系统，可以快速地测出目标的距离、速度、角度等信息。
②探测距离远。毫米波雷达探测距离远，一般为150 ～ 200 m，最远可达300 m。
③适应力强。毫米波具有很强的穿透性，在雨、雪、大雾等极端恶劣天气不依然可以正常工作。
④探测性能好。汽车在行驶中，前方目标一般都是由金属构成的，这会形成很强的电磁反射。毫米波波长较短，其探测不受温度和颜色的影响。
⑤抗干扰能力强。毫米波雷达一般工作在高频段，而周围的噪声和干扰处于中低频区，基本不会影响毫米波雷达的正常运行。
①覆盖区域呈扇形，有盲点区域。
②无法识别交通标志和交通信号灯。
毫米波雷达可按三类方法来区分其类别，分别是按工作原理、按探测距离和按频段。
毫米波雷达按不同的工作原理可以分为脉冲式毫米波雷达与调频式连续毫米波雷达两类。
①脉冲式毫米波雷达。脉冲式毫米波雷达通过发射脉冲信号与接收脉冲信号之间的时间差来计算目标距离。如果目标距离较近，则发射与接收脉冲信号之间的时间差相对较小。由于智能车辆需要根据目标距离计算结果激发相应模块以实现特定功能，因此要求雷达计算目标距离的时间尽可能短，这种情况下就需要系统采用高速的信号处理技术，导致脉冲式毫米波雷达的近距离探测技术复杂、成本较高。
②调频式连续毫米波雷达。调频式连续毫米波雷达是利用多普勒效应测量得出不同距离的目标的速度，它通过发射源向给定目标发射微波信号，并分析发射信号频率和反射信号频率之间的差值，精确测量出目标相对于雷达的运动速度等信息。
毫米波雷达按探测距离可分为短程（SRR）、中程（MRR）和远程（LRR）毫米波雷达。短程毫米波雷达探测距离一般小于60 m，中程毫米波雷达探测距离一般为100 m左右，远程毫米波雷达探测距离一般大于200 m。
毫米波雷达按采用的毫米波频段不同，分为24 GHz、60 GHz、77 GHz和79 GHz毫米波雷达。主流可用频段为24 GHz和77 GHz，其中24 GHz适合近距离探测，77 GHz适合远距离探测。
24 GHz（2019年全球市占率54.35%）：探测距离60 m，主要应用于BSD（盲点监测）、LCA（变道辅助）、PA（泊车辅助），目前为毫米波雷达中的常见产品。根据美国FCC和欧洲ESTI规划，24 GHz的宽频段（21.65 ～ 26.65 GHz）将于2022年过期，欧洲和美国都已经宣布将逐步限制和停止24 GHz频段在汽车雷达中的使用。
77 GHz（2019年全球市占率45.52%）：探测距离100 ～ 250 m，主要应用于ACC（自适应巡航）、AEB（自动紧急制动）、FCW（前方碰撞预警）等。相对于24 GHz产品，77 GHz雷达体积更小、识别率更高，正逐步替代24 GHz方案而成为主流产品。
79 GHz（2019年全球市占率0.12%）：探测距离可达200 m，具有高探测范围和角度精度，主要应用于BSW（盲区警告）、LCA（变道辅助）、FCTA（前方交叉路口警报）等。79 GHz雷达在分辨率、探测距离等方面可与77 GHz产品比肩，需求有望不断攀升。我国工信部已于《汽车雷达无线电管理暂行规定（征求意见稿）》提出将76 ～ 79 GHz频段规划用于汽车雷达，但79 GHz产品目前在中国尚未开放民用。
时至今日，全球主要有四大毫米波雷达供应商，简称为“ABCD”，即Autoliv、Bosch、Continental和Delphi。除此之外还有电装、富士通天等，国内公司近年来也推出毫米波雷达产品。
Autoliv以24 GHz盲点、变道辅助雷达为主，主要客户是戴姆勒奔驰——其车辆基本标配了变道辅助，Autoliv的毫米波雷达出货量很大。
博世公司的毫米波雷达是目前全球市场中毫米波雷达技术最先进的供应商之一，在2013年即推出中距离雷达。截至2016年，公司已经向市场供应了超过一千万个毫米波雷达。从市场份额上来看，公司在全球毫米波雷达的市场份额为19%，占据着第一的位置。从客户情况来看，博世的毫米波雷达下游客户分布广泛，包括大众、奥迪、奔驰、福特、日产、菲亚特和保时捷等；国内公司中吉利汽车、长安汽车等也是博世的客户。截至2017年底，国内搭载博世驾驶员辅助系统的自主品牌量产车型已多达30个以上。
博世BOSCH第五代4D毫米波雷达，可以实现远距离探测，增大水平视角，进一步提升探测精度。相较于第四代毫米波雷达，第五代毫米波雷达的带宽将提升50%，点云密度提高10倍，同时通过拓展可占用带宽获得更多的反射量，从而实现更精确的环境建模。博世第五代4D雷达集成度更高，体积更小，能改善整车集成度，同时显著提升性能。
升级版角雷达最远探测距离可以达到160 m，它在基础版的角雷达之上，还可以支持L2以上的功能，如高速公路辅助（HWA）。升级版前雷达最远探测距离可达210 m，视场角是±60°，最高角分辨率可以做到1度。它可以支持Euro-NCAP五星的要求，也可以支持高速公路辅助、交通拥堵辅助等功能。升级版近距离雷达最远探测距离可达50 m，视场角是±75°，分辨率可以做到4度，可支持碰撞预警相关功能，也可替代相关泊车功能。
至尊版4D雷达前视雷达最远探测距离可达300 m，视场角是±60°，角分辨率可以做到1度，支持L3级以上功能。
德国大陆集团是全球最大的汽车零部件供应商之一，公司毫米波雷达产品全面覆盖24 GHz和77 GHz两个频率，产品包括ARS441、ARS510、SRR520、SRR320等多个系列。在市场份额上，2018年，大陆集团在全球毫米波雷达的市场份额为16%，占据着第二的位置，仅次于博世。客户情况来看，大陆集团的下游客户包括丰田、福特、通用、大众、奔驰、现代、宝马、沃尔沃、凯迪拉克等；国内公司中，广汽集团、东风汽车等也是大陆集团的客户。
大陆集团的ARS441远程毫米波雷达最大探测距离可以达到250 m，在同类产品中处于领先地位。大陆集团的毫米波雷达产品可以实现自适应巡航、盲点警告、车道变换辅助、前后交叉交通警报（带制动装置）、后碰撞感应、横向碰撞躲避、堵塞检测等多种功能，其中自适应巡航功能的最高时速可以达到200 km / h。
近日，大陆集团的下一代毫米波雷达ARS540也逐渐走向大众视野。从参数来看，ARS540是目前市面上分辨率最高、性能最好、最大探测距离可以达到300 m且能真正测量目标高度的毫米波雷达，可以支持L5级别的自动驾驶，有望成为行业最先进的毫米波雷达。
①ARS408。77 GHz毫米波雷达ARS408如图2.2所示，它采用可靠的固态技术，灵敏度高、测量距离远、测距测交测速精准、分辨率高，易于集成、性价比高、性能稳定，可以适用于不同应用场景目标的存在检测以及距离、速度、方位角的测量，主要用于汽车前向碰撞预警，自动紧急制动、自适应巡航等先进驾驶辅助系统和自动驾驶场景。
图2.2 77 GHz毫米波雷达ARS408
ARS408体型小巧，尺寸为137.25 mm×90.8 mm×30.66 mm，具有故障保护功能，通用外部通信接口CAN，方便与上位机或其他ADAS模块集成。
ARS408标准探测区域如图2.3所示。
图2.3 ARS408标准探测区域示意图
该型号毫米波雷达具体参数见表2.2。
表2.2 具体参数
续表
②77 GHz毫米波雷达ARS404。它是德国大陆公司77 GHz的40X毫米波雷达传感器系列入门产品，性价比优秀，可以适用于不同应用场景目标的存在检测以及距离、速度、方位角的测量、CAN数据通信协议和安装固定孔兼容ARS408-21，但比ARS408-21更加轻薄，适用于汽车前向碰撞预警、自动紧急制动、自适应巡航等先进驾驶辅助系统和自动驾驶场景。
③77 GHz毫米波雷达ARS548如图2.4所示。ARS548 RDI是德国大陆公司推出的一种新型毫米波雷达传感器，是其第五代毫米波雷达的高配版本，属于4D高分辨率成像毫米波雷达。它基于ARS540硬件平台特别适配通用型开发版固件，支持输出Detection和Object目标信息，所以除了典型的车载场景应用，也可以像其前代产品ARS408那样应用于各种工业场景，当然也可以用于替代升级其他第五代入门版本雷达。
图2.4 77 GHz毫米波雷达ARS548
ARS548 RDI消除了优异测量性能和高度操作安全之间的明显矛盾，能够在实时扫描中确定物体的距离，并基于速度信息评估可能的碰撞风险。ARS548 RDI雷达传感器支持故障安全（Fail-safe，不是在所有情况下），能够探知传感器故障和传感器所处环境异常并自动提示。依靠在汽车供应链行业大规模生产中使用的、具备全新设计和全新测量原理的最新雷达技术，ARS548 RDI雷达传感器在保障高性能的同时具有非常稳健的性能。
其技术参数如表2.3所示。
表2.3 技术参数
续表
其他：在一个测量周期内的测量原理（多普勒原理），基于脉冲压缩与步进调频而提高距离分辨率。以非常快的速度测量距离、速度、方位角和俯仰角。
④24 GHz毫米波雷达SSR308，如图2.5所示。它是一款30X系列24 GHz短程宽角毫米波雷达，主要是用于汽车盲区探测、并线辅助等场景近距离、低速度、大角度范围内的相对运动目标的非接触探测和防撞预警，其水平视场角在超过中等距离时高达±75°。
图2.5 24 GHz毫米波雷达SSR308
典型应用领域：
车辆盲区监控系统BSD的应用；
大型机械（挖掘机、建筑机械，叉车，起重机，收割机组合等）作业区监控；
自动驾驶车辆（AGVs）碰撞检测；
矿区、机场等其他非车辆应用场景的动目标监控。
Delphi则是美国老牌企业，以77 GHz毫米波雷达为主，采用较为传统的硬件方案，成本比较高，性能不俗。
①德尔福DelphiESR毫米波雷达，如图2.6所示。它采用可靠的固态技术，具有一流的性能、封装和耐久性，提供给客户高性价比的前向探测雷达。德尔福Delphi ESR毫米波雷达输出精确的测量数据，广阔的应用功能包括自动巡航控制（ACC）、前向碰撞告警（FCW）、刹车支持和间隔距离报警等。
多模式德尔福Delphi ESR雷达综合宽视角中距离和窄视角长距离于一体。早期的系统使用多波束机械扫描或者几个固定重叠波束来实现诸如自动巡航控制（ACC）。单个德尔福Delphi ESR雷达可提供中距离宽覆盖范围和高分辨率长距离功能，中距离宽视角不仅可以发现邻近车道侧向切入的车辆，而且可以识别交叉在大车间的车辆和行人。长距离可提供精确的距离和速度数据，强大的目标区分能力，最多可识别64个目标。
图2.6 德尔福DelphiESR毫米波雷达
图2.7 德尔福Delphi SRR2毫米波雷达
具体技术参数见表2.4。
表2.4 技术参数
续表
②德尔福Delphi SRR2后侧毫米波雷达。通过在车辆进入时提供警报盲点，德尔福Delphi SRR2毫米波雷达有助于司机对可能难以看清的障碍作出反应。使用全球接受的77 GHz单波束单脉冲雷达，德尔福Delphi SRR2毫米波雷达具有更好的多普勒检测范围和比24 GHz系统更小的RF窗口。实物如图2.7所示。
具体参数见表2.5。
表2.5 技术参数
相比于国外，车载毫米波雷达在国内仍属于起步阶段。在24 GHz雷达方面，国内少数企业研发已有成果，市场化产品即将问世；但在77 GHz毫米波雷达方面仍属于初级阶段，国内只有极少数企业能做到77 GHz雷达的样机阶段，产业化进程仍待突破。其中深圳安智杰24 GHz后向雷达已出货上千套，芜湖森斯泰克的24 GHz雷达产品也已量产成功。此外，雷科防务的“77 GHz毫米波汽车防撞雷达”成为百度阿波罗生态合作伙伴的首个国产毫米波雷达，目前已经实现批量生产。