毫米波雷达中的重要术语与技术解释
前言
雷达传感器技术在过去十年中得到了极大的普及，如今在许多应用中已不可或缺。这主要归功于雷达传感器成本的大幅下降，以及雷达在许多其他传感器原理无法覆盖的领域中的优势。例如，雷达对环境影响（如天气、光照、太阳位置、灰尘等）极为鲁棒。此外，雷达是极少数能够直接获取速度信息的传感器原理之一。雷达属于主动传感器原理：雷达传感器发射一束电磁波，该波在雷达通道中被目标反射，并被雷达传感器接收。通过对比接收信号与发射信号，可以获得关于目标的多种信息。最重要的特性包括目标与雷达传感器之间的距离、目标相对于雷达传感器的径向速度，以及传感器检测到目标的方向。接收信号与发射信号的对比增强了系统的鲁棒性，因为不会将其他电子设备发出的干扰或信号误判为接收信号的一部分。
1. 术语与技术解释
1.1 雷达
雷达（RADAR）是“Radio Detection and Ranging”（无线电探测与测距）的缩写。
1.2 毫米波段
毫米波段指的是30 GHz到300 GHz的频率范围，对应的波长为10 mm到1 mm。
1.3 远场区
远场区是指辐射或接收场中可以近似为局部平面波的区域。若雷达通道中目标与天线之间的距离足够大，则目标处于天线的远场区，天线也处于目标的远场区。
1.4 雷达截面（Radar Cross-Section, RCS）
描述目标反向散射特性的参数，单位为
1.5 雷达信道动态性
指信道或目标的最大与最小接收功率比值
1.6 无限延展目标（Infinitely Extended Target）：
指目标面积远大于雷达波束覆盖范围，反射信号可视为来自一个“镜面”。
1.7 镜像法（Mirror Method）：
一种简化分析无限延展目标反射的数学方法，将接收端视为目标后的虚拟点。
1.8 距离衰减指数：
描述接收功率随距离变化的幂次，点目标为4，无限延展目标为2，实际应用中介于两者之间。
1.9 单基地雷达和双基地雷达
单基地雷达是指发射和接收共用同一个天线的雷达系统。
双基地雷达则是发射和接收分别使用不同的天线。
单基地雷达体积更小，因为只需一个天线。这在低毫米波段尤为明显，此时传感器的尺寸主要由天线决定。
双基地雷达可以针对各自的任务优化天线。发射天线通常用于照射测量区域，而接收天线则用于角度测量。需要注意的是，这两项需求往往是矛盾的。现代MIMO雷达（多输入多输出雷达）也可能在发射和接收之间进行其他任务分配。
单基地雷达需要使用发射-接收分离器（如环行器）来分离发射和接收信号，这会带来损耗，尤其在毫米波段，这种损耗可能非常关键。
在毫米波段，使用高增益透镜的双基地雷达较为困难或受限，因为只有一个天线可以放置在透镜焦点。若将两个双基地天线放在焦点外，会导致主波束方向偏移，即发射和接收天线聚焦于不同方向，这种现象称为视差（parallax），在强聚焦透镜中尤为突出。
1.10 MIMO雷达：
多输入多输出雷达，通过多个发射和接收天线提升角分辨率和目标检测能力。
1.11 视差（Parallax）：
双基地雷达中，发射和接收天线不在同一焦点导致主波束方向偏移的现象。
1.12 RCS:
RCS表示：如果有一个理想各向同性反射面，其反射功率与目标相同，则该理想面的面积就是目标的RCS。严格来说，RCS只在远场定义，单位为面积，常用平方米（m²）或dBsm（分贝平方米）。
雷达截面（RCS, ）：衡量目标对雷达波反射能力的参数，单位为面积，常用m²或dBsm。
角反射器（Corner Reflector）：由三块互相垂直的金属板组成，RCS极大，常用于雷达标定。
极化（Polarization）：电磁波的振动方向，影响RCS的大小和分布。
单基地/双基地RCS：分别指发射与接收在同一位置/不同位置时的RCS描述。
1.13 可测量量（Measurands）
可测量量包括：目标与雷达之间的距离、目标的相对径向速度，以及目标相对于雷达的空间方向。
回波（Reflection）：目标反射回雷达的电磁波信号。
雷达截面（RCS）：目标对雷达波反射能力的量化指标，影响回波强度。
测量维度：雷达可直接测量的物理量，主要包括距离、径向速度和空间方向。
传播时间法：通过测量信号往返时间间接获得目标距离，是最基础的雷达测距原理。
1.14 相对径向速度（Relative Radial Velocity）
雷达与其他成像传感器（如摄像头）的一个重要区别在于能够直接检测物体的速度。
目标与雷达之间只要存在相对运动（无论是雷达本身、目标本身，还是两者都在运动），接收到的波与发射波之间就会出现频率偏移，这就是多普勒频移（Doppler shift）。
雷达检测到的速度并不是目标沿其实际运动方向的绝对速度，而是目标相对于雷达的径向速度分量.
1.15 微多普勒（Micro Doppler）
微多普勒（Micro Doppler）：指目标上局部运动（如人体四肢摆动、机械部件转动等）在雷达回波中产生的细微多普勒频移变化。通过分析这些变化，可以识别目标的运动模式、类型甚至生理状态。
目标分类：通过微多普勒特征，雷达不仅能检测目标，还能进一步识别目标类型（如行人、车辆、动物等）。
生命体征检测：利用微多普勒效应，毫米波雷达可实现非接触式的心跳、呼吸等生命体征监测。
1.16 空间方向（Spatial Direction）
空间方向（Spatial Direction）：指雷达能够确定目标在三维空间中的具体方向，通常包括方位角和俯仰角。
方位角（Azimuth Angle）：目标在与地面平行的平面内相对于雷达的角度。
俯仰角（Elevation Angle）：目标在与地面垂直的平面内相对于雷达的角度。
角度估计（Angle Estimation）：通过天线阵列的波束赋形或波束扫描，雷达能够分辨不同方向上的目标，实现空间定位和多目标跟踪。
1.17 其他可测量量（Other Measurands）
极化（Polarization）：指电磁波振动的方向，不同极化状态下目标的反射特性可能不同，雷达可通过极化信息进一步识别目标类型或表面特性。
表面属性：通过分析回波信号的幅度和相位，可以推断目标表面的粗糙度、材质等信息。
尺寸与形状估计：通过多普勒特征、距离分布等信息，结合聚类和跟踪算法，雷达能够估算目标的实际尺寸和外形轮廓。
轨迹与绝对速度：通过连续跟踪目标的空间位置和速度变化，雷达可以重建目标的运动轨迹，并推算其绝对速度和运动方向。
1.18 波传播（Wave Propagation）
分子共振（Molecular Resonance）：指特定频率下，大气中的分子（如水汽、氧气）对电磁波能量的强烈吸收，导致信号衰减急剧增加。
大气衰减（Atmospheric Attenuation）：电磁波在大气中传播时，由于分子吸收、散射等原因导致信号强度降低，毫米波段尤为显著。
天线增益（Antenna Gain）：在天线尺寸固定的情况下，频率越高，天线增益越大，有助于提升接收信号强度。
频率选择：在雷达系统设计中，需权衡信号衰减与天线增益，合理选择工作频率以满足应用需求。
1.19 多径传播（Multipath Propagation）
多径传播（Multipath Propagation）：指信号通过多条路径（直射、反射、绕射、散射等）到达接收端，导致信号叠加和干扰，是毫米波雷达环境感知中的重要现象。
杂波（Clutter）：由环境中非目标物体（如地面、树木、墙体等）产生的非期望回波信号，会影响目标检测和识别的准确性。
边缘绕射与散射：使得即使目标表面未正对雷达，目标的边缘和小尺寸特征也能被雷达检测到，提高了环境感知的鲁棒性。
1.20 链路预算
用于分析雷达系统中信号功率的增益和损耗，确保系统满足性能需求。
1.21 SNR（信噪比）：
衡量信号强度与噪声强度的比值，是雷达性能的重要指标。
1.22 FMCW（线性调频连续波）雷达：
通过调制频率实现距离和速度测量的雷达体制。
1.23 EIRP（等效全向辐射功率）：
衡量天线系统在最大增益方向上的等效发射功率。
1.24 LNA（低噪声放大器）：
接收链路首级放大器，决定系统噪声性能。
1.25 相位噪声：
信号源频率不稳定性引起的相位波动，会降低雷达系统的检测灵敏度。
1.26 距离相关性效应：
发射端和接收端相位噪声在近距离时高度相关，能相互抵消，远距离时相关性降低。
1.27 鲁棒性
指算法在噪声或误差影响下仍能保持稳定和准确的能力。
1.28 旁瓣：
在波束形成中，除主瓣外的其他方向上的响应，旁瓣水平越低，算法对非目标方向的干扰越小。
1.29 分辨率：
指算法区分不同目标角度的能力，分辨率越高，越能准确区分相近的目标。
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