一,、距離分辨率

雷達定義的距離分辨率是區(qū)分放置在相同角度方向（方位）但與雷達距離不同的不同目標的能力。兩個目標反射的信號在時間域中移動如下：

圖1.發(fā)射和接收雷達信號（2個目標）

在執(zhí)行FFT（快速傅里葉變換）后,，獲得對應(yīng)于每個目標的兩個單獨的基帶頻率（頻移）,。

圖2.兩個檢測到的目標的頻移（基帶頻率）

兩個目標越近，基帶頻率之間的差異越小?f1和?f2,。直到某個時刻,，雷達系統(tǒng)將無法再將它們分開。因此,，最小頻移/距離對應(yīng)于一個 FFT 分辨單元,。在觀測時間Tc內(nèi)可以求解的最小頻率差 ?f為：

其中,，?f可以通過增加觀察時間Tc來改善（即最小化）。目標 ?R 之間的距離與 ?f 直接相關(guān),，表示如下：

其中,，c是光速，S 是雷達發(fā)射信號的斜率（以 Hz/s 為單位的線性調(diào)頻速率）,。由于帶寬是信號斜率及其持續(xù)時間的乘積,，因此距離分辨率dres可以寫為信號帶寬的函數(shù)：

因此，雷達芯片的帶寬將直接影響可實現(xiàn)的距離分辨率：

表 1.距離分辨率與雷達信號帶寬

對于需要高分辨率的應(yīng)用,，例如成像雷達,，將需要大帶寬。然而,，遠程雷達等其他應(yīng)用不需要厘米數(shù)量級的精度,，因此較小的帶寬就足夠了。這一點很重要,，因為最大雷達距離與帶寬成反比：

對于給定的采樣率Fs,，增加帶寬將縮小檢測范圍。（重要結(jié)論）

二,、雷達的視場（FOV）

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

圖3.前雷達的視場 （3D）

圖4.前雷達的水平（方位角）視場

汽車雷達使用多個接收天線來確定反射信號的到達角（AoA）,，從而確定障礙物的角度。因此,，天線陣列的幾何形狀將成為視場的限制因素,。如果考慮單個發(fā)射天線,，F(xiàn)OV將由接收天線的幾何形狀和輻射特性決定,，考慮兩個接收天線相隔距離 d 的情況。

圖5.用于 AoA 測定的接收天線

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

明確測量到達角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：

當(dāng)可以檢測到-90°至+90°的所有到達角時,，即可實現(xiàn)最大視場。當(dāng)天線之間的距離等于工作頻率波長的一半時(即d=λ/2)：

圖6.兩個接收天線的相位差,，d = λ/2

對于77GHz的汽車雷達,，使用天線之間的距離約為2mm可以最大化理論視場，這是假設(shè)使用的天線是各向同性輻射天線,。在實際中,，視野將進一步受到天線輻射方向圖的限制（3dB波束寬度）,。

現(xiàn)在考慮接收天線是兩個均勻的線性貼片陣列，如圖7所示,。

圖7.線性貼片陣列作為接收天線,，用于方位角和仰角的 AoA 測定

在這種情況下，方位角的天線方向圖非常寬（對應(yīng)于貼片天線）,，因此其對FOV的影響是有限的,。主要的影響將是陣元之間的間隔 dx，并且可以使用下列方程計算 FOV：

對于仰角FOV,，垂直陣元中的所有貼片都被視為單個天線,。為了計算理論FOV，需要考慮陣元的相位中心（即陣元的總輻射起源的虛點）,。仰角的理論視場將受到每個陣元相心（dy）之間的垂直間距的限制,。如果這個間隔是半個波長，我們原則上可以獲得最大的FOV,。

然而,，在這種情況下，天線的半功率波束寬度（HPBW）要小得多（約為20° - 25°）,，因此無法在天線波束之外進行檢測,。在這種情況下，輻射方向圖將是FOV的限制因素,。

三,、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（方位角）但距離相同的兩個獨立目標也很重要,。由于信號延遲引起的頻移不能用于識別來自每個目標的信號,，因此需要在不同位置使用多個天線。

角分辨率θres表示雷達可以分辨的最小角度,。對于單個發(fā)射天線,，可以表示為：

其中，N 是接收天線的數(shù)量,，θ 是到達角,。對于接近視線的法線方向，角分辨率為最大值 （θ = 0°）：

如果考慮到天線是分開的,，且 d=λ/2 ,，為了最大化FOV，角分辨率將與頻率無關(guān),，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MMIC收發(fā)器添加更多通道來實現(xiàn),。通過使用多個發(fā)射天線進行MIMO（多輸入多輸出）和超分辨率后處理,，可以進一步提高分辨率。

四,、結(jié)論

本文介紹了決定雷達系統(tǒng)精度的參數(shù),，距離分辨率與雷達收發(fā)器的性能直接相關(guān)，而角分辨率和視場（FOV）也將取決于雷達系統(tǒng)中使用的天線的幾何形狀,。