踏歌智行：矿区无人驾驶，常态化去安全员背后的技术实践
我们距离真正意义上的无人驾驶，究竟还有多远？
2013年，美国高速公路交通安全委员会提出了自动驾驶技术的分级标准，根据自动驾驶能力的不同，将自动驾驶 汽车 划分为L1-L5五个等级。在L1-L3阶段， 汽车 可以实现有限度的辅助驾驶；而在L4-L5阶段， 汽车 才可以实现真正意义上的自动驾驶，即无人驾驶。
目前，绝大多数「具备自动驾驶能力」的量产车，其自动驾驶技术仍停留在L2-L3阶段。真正意义上的无人驾驶，似乎仍很遥远。正如自动驾驶企业Waymo的CEO John Krafcik所言：「把真正无人驾驶的 汽车 送上路，比火箭登天还难。」
然而，如果我们将眼光放到开放道路之外，就会发现，无人驾驶已经在一些场景实现或者开始了实质性的商业化落地，如 科技 园区常见的低速快递物流小车，再如封闭场景的矿山无人驾驶。
日前，矿山无人驾驶头部企业踏歌智行宣布，其已经在国家能源、国家电投旗下的多个露天煤矿及鄂尔多斯永顺煤矿，首个实现了矿卡/矿用宽体车的24小时「常态化去安全员作业」。未来，以矿山为代表的工业场景，正在成为无人驾驶技术普及的先行者。
鄂尔多斯永顺煤矿无人驾驶常态化去安全员作业
矿山，为什么能成为无人驾驶快速实现商业落地的领域？
与城市道路相比，矿山环境封闭，道路及通行规则自成体系，不存在公开道路的交通法规问题，且车辆路线相对固定，车速大多在40km/h以下；此外，矿山无人驾驶有明确、可控的作业规程指引，商业模式也更加清晰。这些原因都让矿山成为了无人驾驶商业化的绝佳场景。按照前述踏歌智行对常态化“去安全员”作业的描述，该公司的矿区无人驾驶方案已经基本实现矿区L4级别无人驾驶的商业化落地。
露天采矿中矿车运输作业涉及“装-运-卸”作业流程，露天矿作业的核心环节之一。露天煤矿生产作业成本中运输成本（车辆、燃油、维护、司机工资）的占比，往往可以达到50%以上。其中，司机工资又是运输成本中最大的一块。矿山24小时不停工，一辆矿车配置5-8位司机，以三班倒的模式交替上岗、休息。矿山工作环境恶劣，矿车司机收入大约在8000-12000元每月，考虑保险、食宿等费用，矿山雇佣一位司机的综合成本在15-20万元/年左右。这意味着，一辆矿车一年仅人工成本就可能超过百万元。
同时，数据统计显示，露天矿山中，九成以上的重大安全事故多也发生在运输环节，而这些重大安全事故一旦发生，带来的经济损失将数以千万乃至数以亿计。所以，解决了运输环节的安全问题，也就解决了大部分的重大安全隐患。
基于安全和成本考虑，矿山企业有动力推进无人驾驶的商业化落地。同样着眼于安全生产和经济效益双重目标，国家政策也在积极推动露天矿山实现无人驾驶转型。例如，国家发改委、能源局、工信部、煤监局等八部委在2020年3月发布的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》就指出，到2025年，露天煤矿应实现智能连续作业和无人化运输。
在种种因素的共同助推下，矿山无人驾驶市场飞速成长。全国范围内，煤炭、水泥砂石、金属等各类矿山，纷纷布局无人驾驶。多家研究机构预测，到2025年左右，中国矿山无人驾驶市场规模有望达到2000-4000亿元级别，与全球矿业巨头必和必拓一年的总营收额相当。
踏歌智行达成多矿区“常态化去安全员”作业的实践，实现矿区环境下的L4级别，其背后的发展历程与技术实现，对于该领域无人驾驶的进一步发展，以及无人驾驶其他赛道的「去安全员」，不无借鉴意义。
国家能源下属某矿区无人驾驶常态化去安全员作业
早年，矿山无人驾驶工程测试阶段，工程师需要跟车作业，维持无人驾驶系统的运转。随着无人驾驶技术的进步，工程师下车，只留安全员，安全员无需了解无人驾驶原理，且与传统司机相比，安全员只需要在特定情况下介入车辆驾驶，工作强度大幅降低。
在安全员跟车的时代，矿山无人驾驶的潜力尚未获得完全释放，但已经可以产生一定的经济效益。此后，安全员开始「出舱」，不再需要坐在驾驶舱内时刻准备介入驾驶。而矿山无人驾驶的最终目标是「安全员下车」，即不再需要安全员跟车，完全交由矿车自主行驶。
而第三个环节的实现非常复杂，但可以简化为一个兼论“时”、“空”的问题。 时间维度，安全员下车多久？一个小时、一天、还是一个月？空间维度，安全员下车的车辆能完成哪些场景的哪些工作？是量身定制的场景，还是矿区全域的任意作业区域？
与目前行业内常常提及的「安全员下车」概念不同，踏歌智行表示，所谓常态化的安全员下车作业，即除了必要的车辆检修维护，以及按照生产规程不适宜进行生产作业的情景外，其余时间可全天候24小时不间断的安全员下车作业，作业内容覆盖从大循环的“发车到收车”、以及小循环的“装-运-卸”全流程；而非为了生产作业之外的特定目的，在特定环境下、进行有限作业内容、持续数小时至数天的试验性「安全员下车」作业。
据介绍，踏歌智行自2020年7月在包钢白云鄂博铁矿首次实践安全员下车，到今年3月，在多矿区逐一进行常态化安全员下车作业，中间经过20个月日以继夜的研发迭代和现场实践。而今年3月开始推动的常态化安全员下车，踏歌智行亦提出“安全员下车，安全不下车”的口号，稳步推进。对矿卡和矿用宽体车两种车型，均分别采用从“双班下车”、到“24小时三班下车”，再到“7*24小时三班下车”的渐进式策略稳步推进。
技术层面，矿区无人驾驶与开放道路上的乘用车无人驾驶相比，二者各有各的挑战。在开放道路上，无人驾驶要面对人、车、障碍物混杂的复杂环境、复杂的通行规则（交通指示牌、信号灯等）、高达120KM/时的车速、保障所有交通参与人员安全等。
而露天矿山则要面对几乎没有交通标识、道路与运输工作区频繁变化的非结构化道路；工作环境、路面条件恶劣，扬尘、颠簸、滚石、塌方、车辙、翻浆等各类问题；以及高温、高寒、高海拔、雨雾等各类极端气候与地质条件；由于应用场景不同，矿用车的一致性亦会相对偏弱。上述因素，都对矿山车辆无人驾驶系统的技术选择带来不一样的要求。
但能首先实现“常态化安全员下车”这一里程碑结果，其背后肯定不是来自于局部技术“一城一地”的得失，而是一个有 历史 传承的系统工程。所有的技术实现细节之前，先要看清楚顶层的技术布局，而技术布局的背后则是对所专注场景的商业洞察。
如果说乘用车无人驾驶解决方案企业在用To B的商业模式，与上下游协作，最终面向C端消费者交付一件100%标准化的商品，那么矿区无人驾驶则是以To B的商业模式，最终面向B端矿企用户交付一套完整的作业系统。这里有三个关键问题要回答：
乘用车无人驾驶存在单车智能和车路协同的路线之争，矿区无人驾驶应该走什么路线？答案并不是那么显而易见。
踏歌智行介绍，公司成立早期，经过短期摸索，快速聚焦到矿区场景。早期的场测和实测，也是单车模式。但这个阶段之后，技术方案的发展方向在哪里？这是一个没人 探索 过的领域。乘用车的经验可以部分借鉴，但却不能复制。
得益于创始团队的技术积累，踏歌智行提出了矿区无人驾驶“车-地-云”协同的方案架构。在踏歌智行看来，这套架构的意义，就如同当年冯·洛伊曼定义的计算机架构“运算器、控制器、存储器、输入和输出设备五大部分及其相互关系”对计算机的意义。合乎场景的技术架构体系，支撑了踏歌智行后续整个的技术布局。现在从一些其他同类方案身上，也能看到这一架构的影子，尽管大家可能在完成度和细节功能定义上有所不同。
踏歌智行“旷谷”系统架构
To B的生意，不存在100%标准。服务To B行业的创业企业，总是会在产品和项目之间摇摆和纠结。如何在不同的发展阶段，充分利用有限的资源，发挥项目制对市场需求的快速反映，产品化利于方案成熟和效率提升的沉淀优势，协调好两者关系，对中小型 科技 企业而言，是一个非常有挑战话题。这一话题的回答，会反映在公司的组织架构、资源匹配上。
以项目为先，是早期公司必然选择。但踏歌智行根据自身的发展水平，很早在 研发团队 之外，搭建了独立的 产品团队 ；并依托和北航的合作，成立了研究院，专注前期 探索 阶段的技术和项目；同时在早期实践中即建立了体系化的 工程交付团队 。并且尤其注重上述三大团队中“IT-车-矿”三类人才的合理搭配。
“研发+产品+工程”并进的研发模式，使踏歌智行能够快速把一个大的问题，拆解成众多子系统、子产品，进行相应的追踪，通过系统设计、产品设计、技术设计，完成功能实现和多阶段测试，进而快速实现现场跑车验证。该体系可以保证公司快速应对新需求和新挑战。
凭借产品思维和工程思维的加持，踏歌智行研发了业内特有的一系列车规级矿区专用车载域控制器产品。在方案层面，踏歌智行“旷谷”方案也实现极高的成熟度和标准化。该公司能够在大型矿卡和矿用宽体车两种主流车型上，在多个矿区近乎同时实现“常态化安全员下车作业”，也是产品化程度的一个注脚。
据介绍成立之初，踏歌智行做过园区物流业务和一些乘用车的底层技术，并且挣钱了。不过很短的时间内，踏歌智行发现了矿区这一“刚需与政策”加持的宝藏场景。出人意料的，公司放弃了其他所有业务，一心专注地投入到矿区场景。
这可以说是商业选择，但同样也是技术选择——本质是行业方案的深度问题。
踏歌智行认为其竞争优势，根本上来自在露天矿领域长期深耕所形成的核心算法和系统方案积累，包括感知技术、规控技术和云控技术等。融合感知处理矿区的复杂场景，规控技术处理复杂路况、狭小路况；云控技术负责整体调度；自研域控制器保障矿区恶劣作业环境下整个系统的可靠性。软硬件技术长期积累，确保系统作为一个整体的安全性和经济性。
这一选择，也体现在公司的数据思维和闭环思维。如车辆全生命周期管理、高精地图的闭环实现、安全机制的多重冗余与车地云闭环。专注可以让方案成熟更快、切入行业更深，也会衍生出更多的商业模式想象空间。
踏歌智行部分代表性案例
快速实现“常态化安全员下车”，可以说是“车-地-云”架构等几个关键顶层技术构建问题的阶段性成果。而这一成果的落地，在踏歌智行看来，从技术实现维度，背后有赖于如下几个方向的工作：
常态化的安全员下车，是客户的需要。但如何让客户对你有信心，敢放心让你去做这件事情，其实是安全员常态化下车的第一个难点。
当前，矿山无人驾驶应用处于L4级别，即在特定的运行设计域（ODD）内展开。首先，踏歌智行从道路、车辆、环境、管理以及网络等五个维度，建立了针对ODD评估体系。基于ODD评估结果，踏歌智行建立一套围绕常态化安全员下车的风险矩阵表，与客户沟通在作出创新性尝试时可以接受的风险项。进而，踏歌智行形成了安全员分阶段下车的评价体系，将其进程分解为多个阶段。
踏歌智行表示，“有意思的是，我们首先还要给安全员树立信心。”在下车的初期，第一个是“模拟安全员”阶段；此时安全员在车上，但我们要让他相信系统，非不得已不要进行人工接管，这样才能把无效的接管剔除掉，保证数据的真实、准确。后续逐步延长安全员下车的时长，直到实现7*24小时的常态化无安全员运行。
感知技术是无人驾驶功能和安全的第一道关卡。矿区无人驾驶领域，安全性与作业持续性第一，用户成本不敏感。面对其独特的工作环境，融合感知一直是最佳选择。
踏歌智行 “旷谷”方案感知部分，采用多源异构融合感知，包括毫米波雷达、激光雷达、摄像头，大型矿卡各个方向部署的传感器总数量达20多个，为夜间作业的安全性，踏歌智行亦在方案中率先纳入红外传感器。不同类型的传感器具有各种的感知优势，不同来源数据的交叉验证，保证感知信息的准确可靠。
“旷谷”车载系统安装图
踏歌智行提到，作为对整个无人驾驶系统稳定性和常态化安全员下车的保障，他们对整个系统进行了大量冗余设计，包括线控系统的冗余设计、无人驾驶主控制器上的异构冗余方案、无人驾驶各子系统部署独立的冗余模块等。整个方案中安全冗余设计覆盖硬件、感知、通讯等各个核心环节，采用双冗余乃至多冗余方式。在踏歌智行方案构建中，还有一套独立于系统之外的“虚拟安全员”体系。
作为独立于电子设备之外的一道屏障，踏歌智行甚至在驾驶舱内安装了一条「机械腿」，在无安全员的情况下，即便控制系统失效，机械腿将作为最后一道安全屏障，模拟人腿踩下制动踏板，完成紧急刹车。
而在“车-地-云”的大体系架构下，车端安全机制、云端安全机制、地面安全机制，从本质上，也是互为备份的冗余关系，而非仅仅将安全功能交给车载系统。
矿区道路和工作区是非结构化的土路，路面不存在标志线与交通指示标识，道路变化频次非常高。随着矿山生产的推进，矿车的装载、卸货点甚至矿区地貌都会发生变化；路段上的阶梯结构和气候也有影响，比如意外的侧边滑坡，风雨导致的浮土下沉，都会导致道路边界变化。这种情况下，高精地图的实时性和高精度至关重要，甚至高于公开道路上的相关标准。可以说，地图的时效性和精度是安全员下车的场景前提。因此，矿山无人驾驶服务商必须具备实时高精地图的快速建图能力。
踏歌智行方案里，有一套高精地图独立产品，用于实现高精地图全生命周期管理。产品涵盖地图素材的采集、地图制作、地图发布和地图使用等模块。该高精地图产品也把静态元素和动态元素进行分层处理，建立了一套独立的数据格式，目前公司正与生态伙伴合作，基于此格式起草相关标准。为保障高精地图的可靠性，踏歌智行同样秉承了多种冗余理念，光采集端即包括地图采集车、无人驾驶矿卡任务触发采集等多种方式。
如前述，矿区工作环境非常恶劣，宽体车和矿卡等矿用车的一致性亦会相对偏弱，这也给车辆控制带来更高的要求。2017年，踏歌智行在完成初步的单车测试后，便放弃了工控机方案和普通的车载控制器，转而自研专为矿区开发的车载与控制器。
目前该系列产品已经发展到第三代，该系列域控制器产品，基于车规级元器件及模组打造，不仅兼容各类工业级通信及定位协议，也通过了3C、入网认证，以及中国计量院的高低温、震动、湿度等环境可靠性与电性能、EMC测试，可以适应-50 85 温度下的工作环境。从结果看，本轮多矿区、多车型的常态化安全员下车作业的成功实现，与上述专属硬件产品的高可靠性、高性能、高兼容性密不可分。
踏歌智行车规级车载域控制器产品
踏歌智行大系统研发模式，形成了数据闭环。公司在智能矿山领域多年的技术积累与商业实践，让其积累了大量无人驾驶与矿山经营的核心数据。
这些数据也在反哺踏歌智行，使之有足够的能力，在其需要某些数据的时候，从中去抽取、去认知，再来解决面临的问题；让其能够设计出更安全、稳定可靠的无人驾驶解决方案，并深刻理解智慧矿山的作业模式。
多个矿区齐头并进、批量的常态安全员下车，不仅对产品，对工程交付，同样是很大的考验。
“基本上五到六个月，我们可以让一个编组按照常态化去安全员的状态跑起来。通过去年下半年到今年上半年，多个项目的同步实施，我们在工程交付标准化、程序化、模块化方面，得到大幅提升。”
踏歌智行认为这个时间会进一步缩短。原因有三：其一产品越来越成熟，工程自动化程度越来越高，缩短了现场问题排查和解决的时间；同时ODD域的要求也越来越低，更加省时。其二，随着部署项目越来越多，交付团队工作流程做到了标准化，工作内容也实现了模块化。其三，客户对无人驾驶的认识越来越准确，而踏歌过去不间断的成功项目，也增强了用户的信心。他们能更准确地为在现场部署去提供支持条件。
紫金巨龙驱龙铜矿无人驾驶矿车安装施工现场
踏歌智行介绍，这次推进常态化安全员下车的煤矿，包括数个国有大型煤矿。目标的达成，可以说是双方共同推进的结果。
“客户方有专门的小组和我们肩并肩工作，我们跟客户一起评价项目现场，去深入理解现在存在的一些问题，双方需要配合的事项。”
“在项目现场碰到的一些技术难点，客户方会给出他们过往的经验，特别是在车辆的控车策略上面，客户会给出人工驾驶时是怎么做的，这是非常宝贵的一些经验，我们可以把它转化为相应的算法实现。”
“在客户这边，我们始终是学生心态。自动化技术应用到行业里面时，其实我不太喜欢用‘赋能’这个词。有句老话叫隔行如隔山，客户这边多年积累下来的行业知识，我们短短数年就轻易说赋能不太妥当。”
首先运行设计域（ODD）还是存在的，安全员下车也是要在ODD域定义的范围内工作，不过目前绝大部分真实作业场景可以符合上述ODD域的要求，亦即对于大部分矿区均可经过必要的部署实现常态化安全员下车。未来ODD域的要求会进一步降低，实现更简易的部署和更极致的体验。
常态化的「安全员下车」远非矿山无人驾驶的终点。安全是客户考虑的第一个点位，后面还有效率、经济性和环保问题。以效率为例，目前安全员下车状态下的无人驾驶相比人工驾驶已经能达到80%了，但未来，这一数字肯定需要超过人工。随着车辆全生命周期数据的积累，降油耗、降胎损，乃至与电动化结合实现更高的经济效益和节能环保是题中之意。
运输只是矿山作业的一个环节。无人驾驶是手段而非目的，进一步与矿山业务的深度集成，将无人驾驶系统完美地融入到矿山整体的生产工艺、作业流程、经营管理，解决其痛点，并带来经营管理和生产作业的改进，方可助力用户实现真正意义上的无人矿山、智慧矿山。
踏歌智行一直是行业的开创者和 探索 者，早期首先实现矿车无人驾驶的场测与实测，最早的编组作业、混编作业与夜间作业，以及到现在最早地实现矿区常态化安全员下车作业。未来，踏歌智行在开创未来新世界的道路上将走得更快、更远。
2018年1月，踏歌智行完成国内第一辆无人驾驶矿车改造，白云鄂博铁矿1501号车
毫米波是指波长为1~10mm的电磁波，对应的频率范围为30~300GHz。毫米波雷达是工作在毫米波频段的雷达，它通过发射与接收高频电磁波来探测目标，后端信号处理模块利用回波信号计算出目标的距离、速度和角度等信息
雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。
雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。
为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为：S=CT/2
其中S：目标距离
T：电磁波从雷达到目标的往返传播时间
C：光速
雷达测定目标的方向是利用天线的方向性来实现的。通过机械和电气上的组合作用，雷达把天线的小事指向雷达要探测的方向，一旦发现目标，雷达读出些时天线小事的指向角，就是目标的方向角。两坐标雷达只能测定目标的方位角，三坐标雷达可以测定方位角和俯仰角。
测定目标的运动速度是雷达的一个重要功能，—雷达测速利用了物理学中的多普勒原理．当目标和雷达之间存在着相对位置运动时，目标回波的频率就会发生改变，频率的改变量称为多普勒频移，用于确定目标的相对径向速度，通常，具有测速能力的雷达，例如脉冲多普勒雷达，要比一般雷达复杂得多。
雷达的战术指标主要包括作用距离、威力范围、测距分辨力与精度、测角分辨力与精度、测速分辨力与精度、系统机动性等。
其中，作用距离是指雷达刚好能够可靠发现目标的距离。它取决于雷达的发射功率与天线口径的乘积，并与目标本身反射雷达电磁波的能力（雷达散射截面积的大小）等因素有关。威力范围指由最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角及方位角范围确定的区域。
雷达的技术指标与参数很多，而且与雷达的体制有关，这里仅仅讨论那些与电子对抗关系密切的主要参数。
根据波形来区分，雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达。常规脉冲雷达周期性地发射高频脉冲。相关的参数为脉冲重复周期（脉冲重复频率）、脉冲宽度以及载波频率。载波频率是在一个脉冲内信号的高频振荡频率，也称为雷达的工作频率。
雷达天线对电磁能量在方向上的聚集能力用波束宽度来描述，波束越窄，天线的方向性越好。但是在设计和制造过程中，雷达天线不可能把所有能量全部集中在理想的波束之内，在其它方向上在在着泄漏能量的问题。能量集中在主波束中，我们常常形象地把主波束称为主瓣，其它方向上由泄漏形成旁瓣。为了覆盖宽广的空间，需要通过天线的机械转动或电子控制，使雷达波束在探测区域内扫描。
概括起来，雷达的技术参数主要包括工作频率（波长）、脉冲重复频率、脉冲宽度、发射功率、天线波束宽度、天线波束扫描方式、接收机灵敏度等。技术参数是根据雷达的战术性能与指标要求来选择和设计的，因此它们的数值在某种程度上反映了雷达具有的功能。例如，为提高远距离发现目标能力，预警雷达采用比较低的工作频率和脉冲重复频率，而机载雷达则为减小体积、重量等目的，使用比较高的工作频率和脉冲重复频率。这说明，如果知道了雷达的技术参数，就可在一定程度上识别出雷达的种类。
雷达的用途广泛，种类繁多，分类的方法也非常复杂。通常可以按照雷达的用途分类，如预警雷达、搜索警戒雷达、无线电测高雷达、气象雷达、航管雷达、引导雷达、炮瞄雷达、雷达引信、战场监视雷达、机载截击雷达、导航雷达以及防撞和敌我识别雷达等。除了按用途分，还可以从工作体制对雷达进行区分。这里就对一些新体制的雷达进行简单的介绍。（军事观察·warii.net）
双/多基地雷达
普通雷达的发射机和接收机安装在同一地点，而双/多基地雷达是将发射机和接收机分别安装在相距很远的两个或多个地点上，地点可以设在地面、空中平台或空间平台上。由于隐身飞行器外形的设计主要是不让入射的雷达波直接反射回雷达，这对于单基地雷达很有效。但入射的雷达波会朝各个方向反射，总有部分反射波会被双/多基地雷达中的一个接收机接收到。美国国防部从七十年代就开始研制、试验双/多基地雷达，较著名的“圣殿”计划就是专门为研究双基地雷达而制定的，已完成了接收机和发射机都安装在地面上、发射机安装在飞机上而接收机安装在地面上、发射机和接收机都安装在空中平台上的试验。俄罗斯防空部队已应用双基地雷达探测具有一定隐身能力的飞机。英国已于70年代末80年代初开始研制双基地雷达，主要用于预警系统。
相控阵雷达
我们知道，蜻蜓的每只眼睛由许许多多个小眼组成，每个小眼都能成完整的像，这样就使得蜻蜓所看到的范围要比人眼大得多。与此类似，相控阵雷达的天线阵面也由许多个辐射单元和接收单元（称为阵元）组成，单元数目和雷达的功能有关，可以从几百个到几万个。这些单元有规则地排列在平面上，构成阵列天线。利用电磁波相干原理，通过计算机控制馈往各辐射单元电流的相位，就可以改变波束的方向进行扫描，故称为电扫描。辐射单元把接收到的回波信号送入主机，完成雷达对目标的搜索、跟踪和测量。每个天线单元除了有天线振子之外，还有移相器等必须的器件。不同的振子通过移相器可以被馈入不同的相位的电流，从而在空间辐射出不同方向性的波束。天线的单元数目越多，则波束在空间可能的方位就越多。这种雷达的工作基础是相位可控的阵列天线，“相控阵”由此得名。
相控阵雷达的优点
（1）波束指向灵活，能实现无惯性快速扫描，数据率高；（2）一个雷达可同时形成多个独立波束，分别实现搜索、识别、跟踪、制导、无源探测等多种功能；（3）目标容量大，可在空域内同时监视、跟踪数百个目标；（4）对复杂目标环境的适应能力强；（5）抗干扰性能好。全固态相控阵雷达的可靠性高，即使少量组件失效仍能正常工作。但相控阵雷达设备复杂、造价昂贵，且波束扫描范围有限，最大扫描角为90°～120°。当需要进行全方位监视时，需配置3～4个天线阵面。
相控阵雷达与机械扫描雷达相比，扫描更灵活、性能更可靠、抗干扰能力更强，能快速适应战场条件的变化。多功能相控阵雷达已广泛用于地面远程预警系统、机载和舰载防空系统、机载和舰载系统、炮位测量、靶场测量等。美国“爱国者”防空系统的AN／MPQ-53雷达、舰载“宙斯盾”指挥控制系统中的雷达、B-1B轰炸机上的APQ-164雷达、俄罗斯C-300防空武器系统的多功能雷达等都是典型的相控阵雷达。随着微电子技术的发展，固体有源相控阵雷达得到了广泛应用，是新一代的战术防空、监视、火控雷达。
宽带／超宽带雷达
工作频带很宽的雷达称为宽带／超宽带雷达。隐身兵器通常对付工作在某一波段的雷达是有效的，而面对覆盖波段很宽的雷达就无能为力了，它很可能被超宽带雷达波中的某一频率的电磁波探测到。另一方面，超宽带雷达发射的脉冲极窄，具有相当高的距离分辨率，可探测到小目标。目前美国正在研制、试验超宽带雷达，已完成动目标显示技术的研究，将要进行雷达波形的试验。
合成孔径雷达
合成孔径雷达通常安装在移动的空中或空间平台上，利用雷达与目标间的相对运动，将雷达在每个不同位置上接收到的目标回波信号进行相干处理，就相当于在空中安装了一个“大个”的雷达，这样小孔径天线就能获得大孔径天线的探测效果，具有很高的目标方位分辨率，再加上应用脉冲压缩技术又能获得很高的距离分辨率，因而能探测到隐身目标。合成孔径雷达在军事上和民用领域都有广泛应用，如战场侦察、火控、制导、导航、资源勘测、地图测绘、海洋监视、环境遥感等。美国的联合监视与目标攻击雷达系统飞机新安装了一部AN／APY3型X波段多功能合成孔径雷达，英、德、意联合研制的“旋风”攻击机正在试飞合成孔径雷达。
毫米波雷达
工作在毫米波段的雷达称为毫米波雷达。它具有天线波束窄、分辩率高、频带宽、抗干扰能力强等特点，同时它工作在目前隐身技术所能对抗的波段之外，因此它能探测隐身目标。毫米波雷达还具有能力，特别适用于防空、地面作战和灵巧武器，已获得了各国的调试重视。例如，美国的“爱国者”防空导弹已安装了毫米波雷达导引头，目前正在研制更先进的毫米波导引头；俄罗斯已拥有连续波输出功率为10千瓦的毫米波雷达；英、法等国家的一些防空系统也都将采用毫米波雷达。
激光雷达
工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。隐身兵器通常是针对微波雷达的，因此激光雷达很容易“看穿”隐身目标所玩的“把戏”；再加上激光雷达波束窄、定向性好、测量精度高、分辨率高，因而它能有效地探测隐身目标。激光雷达在军事上主要用于靶场测量、空间目标交会测量、目标精密跟踪和瞄准、目标成像识别、导航、精确制导、综合火控、直升机防撞、化学战剂监测、局部风场测量、水下目标探测等。美国国防部正在开发用于目标探测和识别的激光雷达技术，已进行了前视／下视激光雷达的试验，主要探测伪装树丛中的目标。法国和德国正在积极进行使用激光雷达探测和识别直升机的联合研究工作。
毫米波雷达的作用如下：
1、车外后视镜有45-60个视觉盲区，所以变道时，转弯时，更难通过后视镜判断后面是否有车辆，会被突如其来的车辆吓到。
2、有时候看后视镜，感觉后面没有车可以换车道。没想到后面传来一声急促的喇叭声，原来是我们看不见的盲区后方有车辆。
3、影响后视镜盲区驾驶的主要因素是后视镜模糊，后方车辆难以看到。
事实上，汽车盲点的危害是如此之大，汽车公司早就在智能防撞系统并线辅助系统中回答了这个问题——变道盲区监测预警系统。
作为汽车的高科技配置，不同的汽车公司有不同的系统名称，毫米波雷达，车载毫米波雷达，盲点变道辅助系统，但实际上是一个系统。一些制造汽车的公司称之为BSD盲区监测系统，还有一些被称为BSM盲区监测系统，更有一些造汽车的公司称之为BSD盲区预警系统。
在我们国家，有一个统一的专业术语叫做并线辅助系统。例如，一些系统使用智能监控探头和其他辅助设备（如雷达）报警器不断监控车辆后部，确保车辆行驶，通常通过声光提醒或触摸振动提醒驾驶员后方盲区有来车。
受天气和外界环境的变化的影响小，雨雪，灰尘，阳光都对其没有干扰；多普勒频移大，测量相对速度的精度提高。
雷达为利用无线电回波以探测目标方向和距离的一种装置，利用无线电探向与测距。毫米波，是工作在毫米波波段，波长在1 10mm之间的电磁波。毫米波的波长介于微波和厘米波之间，因此毫米波雷达兼有微波雷达和光电雷达的优点。
毫米波雷达具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点。与红外、激光、电视等光学雷达相比，飞睿 科技 毫米波雷达穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候全天时的特点。
毫米波和大多数微波雷达一样，有波束的概念，也就是发射出去的电磁波是一个锥状的波束，而不像激光是一条线。这是因为这个波段的天线，主要以电磁辐射，而不是光粒子发射为主要方法。毫米波雷达可以对目标进行有无检测、测距、测速以及方位测量。
毫米波雷达基于多普勒效应原理。当发射的电磁波和被探测目标有相对移动、回波的频率会和发射波的频率不同。当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射几率。
多普勒效应所形成的频率变化就被称作多普勒频移，它与相对速度V成正比，与振动的频率成反比。如此，通过检测这个频率差，可以测得目标相对于雷达的移动速度，也就是目标与雷达的相对速度。
根据发射脉冲和接收的时间差，可以测出目标的距离。同时用频率过滤方法检测目标的多普勒频率谱线，滤除干扰杂波的谱线，可使雷达从强杂波中分辨出目标信号。所以脉冲多普勒雷达比普通雷达的抗杂波干扰能力强，能探测出隐蔽在背景中的活动目标。
毫米波雷达有24GHz，77GHz等不同频率，其中24GHz毫米波雷达一般被安装在车侧方和后方，用于盲点检测，辅助停车系统等。
雷达的工作体制主要分为脉冲方式和连续波方式。连续波（CW）雷达是指发射连续波信号，主要用来测量目标的速度。
同时测量目标的距离，则需要对发射信号进行调制，例如对连续波的正弦波信号进行周期性的频率调制。而脉冲雷达发射的波形是矩形脉冲，按一定的或者交错的重复周期工作。
CW雷达传感器，应用多普勒效应原理，测量得出不同距离目标的的速度。它向给定的目标发射微波信号，然后分析反射回来的信号的频率变化，发射频率和反射回来的频率的差异，可以精确测量出目标相对于雷达的运动速度等信息。
FMCW雷达传感器，发射波为调频连续波，其频率随时间按照三角波规律变化。雷达接收的回波的频率与发射的频率变化规律相同，都是三角波规律，只是有一个时间差，利用这个微小的时间差可计算出目标距离。
随着当今世界微波固态器件的发展，利用连续波雷达能使雷达更为简单，其原因在于连续波雷达的发射机无需高压，并且调制信号可以多样化，这在相同体积和重量下有利于发射机的提高。
连续波雷达可以做到体积小、重量轻、发射机容易实现而且馈线损耗也较低。市场需求能够促进技术发展，飞睿 科技 毫米波雷达逐渐走进安防领域。随着技术的进步，器件成本的下降，毫米波雷达用于安防已不是问题。
利用窄脉冲或宽带调频信号获取目标的详细结构特征；毫米波雷达工作，容易克服相互干扰；距离分辨率高，易于获得准确的目标跟踪和识别能力。
多普勒频率高，对慢速目标和振动目标具有良好的检测识别能力；易于使用目标多普勒频率特性进行目标特征识别。
新型毫米波安防雷达采FMCW技术，实现了对监测区内空间无任何间断全程覆盖，具有体积小、重量轻、可靠性高以及距离盲区小、无速度盲点、高距离分辨力、良好的抗干扰性能等优点。
与红外对射系统相比，安防雷达提供的是一个具有一定高度和厚度的连续的毫米波雷达墙，没有钻越和跳越的可能。安防雷达不仅能对侵入目标进行定位，而且可以获取监控场景内移动物体的速度、方向、距离、角度信息， 24小时无间隙监测。
同时可与具有同步变焦激光补光灯的高速球型摄像机配合，可以实现目标跟踪，不仅可定位入侵点位，且能够获得很好的图像信息，便于安保人员做出快速响应，从而避免事故发生。
特点
与微波雷达相比，毫米波雷达的特点是：
① 在天线口径相同的情况下，毫米波雷达有更窄的波束（一般为毫弧度量级），可提高雷达的角分辨能力和测角精度，并且有利于抗电子干扰、杂波干扰和多径反射干扰等。
② 由于工作频率高，可能得到大的信号带宽（如吉赫量级）和多普勒频移，有利于提高距离和速度的测量精度和分辨能力并能分析目标特征。
③ 天线口径和元件、器件体积小，宜于飞机、卫星或导弹载用。
应用
①导弹制导：毫米波雷达的主要用途之一是战术导弹的末段制导。毫米波导引头具有体积小、电压低和全固态等特点，能满足弹载环境要求。当工作频率选在35吉赫或94吉赫时，天线口径一般为10～20厘米。此外，毫米波雷达还用于波束制导系统，作为对近程导弹的控制。②目标监视和截获：毫米波雷达适用于近程、高分辨力的目标监视和目标截获，用于对低空飞行目标、地面目标和外空目标进行监测。③炮火控制和跟踪：毫米波雷达可用于对低空目标的炮火控制和跟踪，已研制成94吉赫的单脉冲跟踪雷达。④雷达测量：高分辨力和高精度的毫米波雷达可用于测量目标与杂波特性。这种雷达一般有多个工作频率、多种接收和发射极化形式和可变的信号波形。目标的雷达截面积测量采用频率比例的方法。利用毫米波雷达，对于按比例缩小了的目标模型进行测量，可得到在较低频率上的雷达目标截面积。此外，毫米波雷达在地形跟踪、导弹引信、船用导航等方面也有应用。
1、原理
毫米波振荡器产生毫米波（8mm）振荡，设其频率为f0，经隔离器加至环行器，再由天线定向辐射出去，并在空间以电磁波形式传播，当此电磁波在空间遇到目标（弹丸）时反射回来。
如果目标是运动的，则反射回来的电磁波频率附加了一个与目标运动速度vr成正比的多普勒频率fd，使反向回波频率变为f0±fd（目标临近飞行取“+”，目标远离飞行取“%”），此回波被天线接收下来，经环行器加至混频器，在混频器中与经环行器泄漏的信号（作为本振信号）f0进行混频。
混频器为非线性元件，其输出有多种和差频率，如fd，f0±fd，2f0±fd，…，等，经前置放大器选频得多普勒信号（频率为fd），再经长电缆（长50～100m）送至预处理系统的主放大器，主放大器附有自动增益控制与手动增益控制电路。手动增益用来调整放大器的总增益，自动增益控制用来增加放大器的动态范围。
2、优点
（1）小天线口径、窄波束：高跟踪和引导精度；易于进行低仰角跟踪，抗地面多径和杂波干扰；对近空目标具有高横向分辨力；对区域成像和目标监视具备高角分辨力；窄波束的高抗干扰性能；高天线增益；容易检测小目标，包括电力线、电杆和弹丸等。
（2）大带宽：具有高信息速率，容易采用窄脉冲或宽带调频信号获得目标的细节结构特征；具有宽的扩谱能力，减少多径、杂波并增强抗干扰能力；相邻频率的雷达或毫米波识别器工作，易克服相互干扰；高距离分辨力，易得到精确的目标跟踪和识别能力。
（3）高多普勒频率：慢目标和振动目标的良好检测和识别能力；易于利用目标多普勒频率特性进行目标特征识别；对干性大气污染的穿透特性，提供在尘埃、烟尘和干雪条件下的良好检测能力。
（4）良好的抗隐身性能：当前隐身飞行器上所涂覆的吸波材料都是针对厘米波的。根据国外的研究，毫米波雷达照射的隐身目标，能形成多部位较强的电磁散射，使其隐身性能大大降低，所以，毫米波雷达还具有反隐身的潜力。
扩展资料：
适用需求：
（1）高精度多维搜索测量：进行高精度距离、方位、频率和空间位置的测量定位。
（2）雷达安装平台有体积、重量、振动和其它环境的严格要求：毫米波雷达天线尺寸小、重量轻，容易满足便携、弹载、车载、机载和星载等不同平台的特殊环境要求。
（3）目标特征提取和分类识别：毫米波雷达高分辨力、宽工作频带、大数值的多普勒频率响应、短的波长易获得目标细节特征和清晰轮廓成像等特点，适于目标分类和识别的重要战术要求。
（4）小目标和近距离探测：毫米波短波长对应的光学区尺寸较小，相对微波雷达更适于小目标探测。除特殊的空间目标观测等远程毫米波雷达外，一般毫米波雷达适用于30 km 以下的近距离探测。
（5）抗电子战干扰性强：毫米波窗口可用频段宽，易进行宽频带扩频和跳频设计。同时针对毫米波雷达的侦察和干扰设备面临宽频带、大气衰减和窄波束等干扰难题，毫米波雷达相对微波雷达具有更好的抗干扰能力。
参考资料来源：百度百科-毫米波雷达
