雷達(dá)分辨率：雷達(dá)的精 確度有多高？

距離 分辨率

雷達(dá)的距離分辨率定義為區(qū)分位于相同角方向（方位）但距雷達(dá)不同距離的不同目標(biāo)的能力。兩個(gè)目標(biāo)反射的信號(hào)在時(shí)域中移動(dòng)。

執(zhí)行 FFT（快速傅里葉變換）后，獲得與每個(gè)目標(biāo)相對(duì)應(yīng)的兩個(gè)單獨(dú)的基帶頻率（頻移）。

兩個(gè)目標(biāo)越接近，基帶頻率Δf 1和Δf 2之間的差異越小。在某一時(shí)刻，雷達(dá)系統(tǒng)將無法再將它們分開。這一最小頻移/距離對(duì)應(yīng)于一個(gè) FFT bin。在觀察時(shí)間T c內(nèi)可解析的最小頻率差 Δ f為：

可以通過增加觀察時(shí)間來改善（即最小化）Δf。
目標(biāo)之間的距離 Δ R與 Δ f直接相關(guān)：

其中c是光速。
其中S是發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)的斜率（線性調(diào)頻頻率，單位為 Hz/s）。由于帶寬是信號(hào)斜率與其持續(xù)時(shí)間的乘積，因此距離分辨率 d res可以寫為信號(hào)帶寬的函數(shù)：

因此，雷達(dá)芯片的帶寬將直接影響可實(shí)現(xiàn)的距離分辨率：

需要高分辨率的應(yīng)用（例如成像雷達(dá)）將需要大帶寬。然而，其他應(yīng)用（例如遠(yuǎn)程雷達(dá)）不需要厘米數(shù)量級(jí)的精度，因此較小的帶寬就足夠了?？紤]這一點(diǎn)很重要，因?yàn)樽?大雷達(dá)范圍與帶寬成反比：

對(duì)于給定的采樣率F s，增加帶寬將減小檢測(cè)范圍。

視野

以明確的方式確定目標(biāo)（方位）的方向也很重要。這只能在雷達(dá)的視場(chǎng) (FOV) 內(nèi)實(shí)現(xiàn)，視場(chǎng)定義了雷達(dá)在方位角（水平面）和仰角（垂直面）的角度覆蓋范圍。

汽車?yán)走_(dá)使用多個(gè)接收天線來確定反射信號(hào)的到達(dá)角 (AoA)，從而確定障礙物的角位置。因此，天線陣列的幾何形狀將成為視場(chǎng)的限制因素。

如果考慮單個(gè)發(fā)射天線，則視場(chǎng)角將由接收天線的幾何形狀和輻射特性決定。讓我們考慮兩個(gè)接收天線相距距離 d 的情況。

可以通過比較每個(gè)天線接收到的信號(hào)的相移來計(jì)算信號(hào)的到達(dá)角。接收信號(hào)的相移取決于頻率（波長(zhǎng)）和天線之間的距離，如圖 6 所示：

圖像

(5)到達(dá)角的明確測(cè)量的角度范圍是相位差從-180°到+180°單調(diào)變化的范圍，因此從純幾何角度來看，理論FOV由下式給出：

圖像

(6)當(dāng)可以檢測(cè)到從 -90° 到 +90° 的所有到達(dá)角度時(shí)，即可實(shí)現(xiàn)最 大視場(chǎng)角。這是當(dāng)天線之間的距離等于工作頻率下波長(zhǎng)的一半時(shí)的情況，即：

對(duì)于 77GHz 的汽車?yán)走_(dá)，可以使用天線之間大約 2mm 的間距來最 大化理論 FOV。這是假設(shè)所使用的天線是各向同性輻射器的情況。在現(xiàn)實(shí)生活中，視野將進(jìn)一步受到天線輻射方向圖的限制。

現(xiàn)在讓我們考慮接收天線是兩個(gè)均勻的線性貼片陣列，如圖 8 所示。

在這種情況下，方位角上的天線方向圖很寬（相當(dāng)于貼片天線），因此其對(duì)FOV的影響有限。主要的限制效應(yīng)是行之間的間隔 dx，并且 FOV 可以使用等式計(jì)算：（6）。

對(duì)于仰角 FOV，垂直行中的所有貼片都被視為單個(gè)天線。為了計(jì)算理論視場(chǎng)，我們需要考慮行的相位中心（即，行的總輻射起源的假想點(diǎn)）。理論視場(chǎng)角將受到每個(gè)垂直行相位中心之間的垂直間距 (dy) 的限制。如果這種間隔是半個(gè)波長(zhǎng)，原則上我們可以獲得最 大視場(chǎng)。然而，在這種情況下，天線的半功率波束寬度 (HPBW) 要小得多 (~20° - 25°)，因此無法在天線波束之外進(jìn)行檢測(cè)。在這種情況下，輻射方向圖將成為 FOV 的限制因素。

角度分辨率

與距離分辨率的情況一樣，能夠區(qū)分放置在不同角度（方位）但距離相同的兩個(gè)單獨(dú)目標(biāo)也很重要。這里，由于信號(hào)延遲引起的頻移不能用于識(shí)別來自每個(gè)目標(biāo)的信號(hào)。同樣，需要特殊的分集，在不同位置使用多個(gè)天線。

角分辨率θ res表示雷達(dá)可以解析的最小角距。對(duì)于單個(gè)發(fā)射天線，可以計(jì)算為：

N是接收天線的數(shù)量，θ是到達(dá)角。對(duì)于接近視軸方向的軸承，角度分辨率最 大（θ = 0°）：

如果我們考慮將天線分開，以最 大化FOV，則角分辨率將與頻率無關(guān)，并且僅由接收天線的數(shù)量決定。

因此，可以通過增加天線數(shù)量來提高分辨率。這只能通過向雷達(dá) MMIC 收發(fā)器添加更多通道來實(shí)現(xiàn)。通過使用多個(gè)發(fā)射天線進(jìn)行MIMO（多輸入、多輸出）和超分辨率后處理，可以進(jìn)一步提高分辨率。

結(jié)論

在本條目中，介紹了決定雷達(dá)系統(tǒng)精度的參數(shù)。距離分辨率與雷達(dá)收發(fā)器的性能直接相關(guān)，而角度分辨率和視場(chǎng)也取決于雷達(dá)系統(tǒng)中使用的天線的幾何形狀。