雷达分辨率：雷达的精 确度有多高？

距离 分辨率

雷达的距离分辨率定义为区分位于相同角方向（方位）但距雷达不同距离的不同目标的能力。两个目标反射的信号在时域中移动。

执行 FFT（快速傅里叶变换）后，获得与每个目标相对应的两个单独的基带频率（频移）。

两个目标越接近，基带频率Δf 1和Δf 2之间的差异越小。在某一时刻，雷达系统将无法再将它们分开。这一最小频移/距离对应于一个 FFT bin。在观察时间T c内可解析的最小频率差 Δ f为：

可以通过增加观察时间来改善（即最小化）Δf。
目标之间的距离 Δ R与 Δ f直接相关：

其中c是光速。
其中S是发射的雷达信号的斜率（线性调频频率，单位为 Hz/s）。由于带宽是信号斜率与其持续时间的乘积，因此距离分辨率 d res可以写为信号带宽的函数：

因此，雷达芯片的带宽将直接影响可实现的距离分辨率：

需要高分辨率的应用（例如成像雷达）将需要大带宽。然而，其他应用（例如远程雷达）不需要厘米数量级的精度，因此较小的带宽就足够了。考虑这一点很重要，因为最 大雷达范围与带宽成反比：

对于给定的采样率F s，增加带宽将减小检测范围。

视野

以明确的方式确定目标（方位）的方向也很重要。这只能在雷达的视场 (FOV) 内实现，视场定义了雷达在方位角（水平面）和仰角（垂直面）的角度覆盖范围。

汽车雷达使用多个接收天线来确定反射信号的到达角 (AoA)，从而确定障碍物的角位置。因此，天线阵列的几何形状将成为视场的限制因素。

如果考虑单个发射天线，则视场角将由接收天线的几何形状和辐射特性决定。让我们考虑两个接收天线相距距离 d 的情况。

可以通过比较每个天线接收到的信号的相移来计算信号的到达角。接收信号的相移取决于频率（波长）和天线之间的距离，如图 6 所示：

图像

(5)到达角的明确测量的角度范围是相位差从-180°到+180°单调变化的范围，因此从纯几何角度来看，理论FOV由下式给出：

图像

(6)当可以检测到从 -90° 到 +90° 的所有到达角度时，即可实现最 大视场角。这是当天线之间的距离等于工作频率下波长的一半时的情况，即：

对于 77GHz 的汽车雷达，可以使用天线之间大约 2mm 的间距来最 大化理论 FOV。这是假设所使用的天线是各向同性辐射器的情况。在现实生活中，视野将进一步受到天线辐射方向图的限制。

现在让我们考虑接收天线是两个均匀的线性贴片阵列，如图 8 所示。

在这种情况下，方位角上的天线方向图很宽（相当于贴片天线），因此其对FOV的影响有限。主要的限制效应是行之间的间隔 dx，并且 FOV 可以使用等式计算：（6）。

对于仰角 FOV，垂直行中的所有贴片都被视为单个天线。为了计算理论视场，我们需要考虑行的相位中心（即，行的总辐射起源的假想点）。理论视场角将受到每个垂直行相位中心之间的垂直间距 (dy) 的限制。如果这种间隔是半个波长，原则上我们可以获得最 大视场。然而，在这种情况下，天线的半功率波束宽度 (HPBW) 要小得多 (~20° - 25°)，因此无法在天线波束之外进行检测。在这种情况下，辐射方向图将成为 FOV 的限制因素。

角度分辨率

与距离分辨率的情况一样，能够区分放置在不同角度（方位）但距离相同的两个单独目标也很重要。这里，由于信号延迟引起的频移不能用于识别来自每个目标的信号。同样，需要特殊的分集，在不同位置使用多个天线。

角分辨率θ res表示雷达可以解析的最小角距。对于单个发射天线，可以计算为：

N是接收天线的数量，θ是到达角。对于接近视轴方向的轴承，角度分辨率最 大（θ = 0°）：

如果我们考虑将天线分开，以最 大化FOV，则角分辨率将与频率无关，并且仅由接收天线的数量决定。

因此，可以通过增加天线数量来提高分辨率。这只能通过向雷达 MMIC 收发器添加更多通道来实现。通过使用多个发射天线进行MIMO（多输入、多输出）和超分辨率后处理，可以进一步提高分辨率。

结论

在本条目中，介绍了决定雷达系统精度的参数。距离分辨率与雷达收发器的性能直接相关，而角度分辨率和视场也取决于雷达系统中使用的天线的几何形状。