《毫米波雷达技术与设计：车载雷达及传感器技术的应用》着眼于自动驾驶、架空输电线检测、隐私空间看护、健康监测等课题，面向初学者介绍毫米波雷达的技术概要和特点。
　　《毫米波雷达技术与设计：车载雷达及传感器技术的应用》共7章，主要内容包括毫米波技术和雷达技术基础，毫米波雷达技术概要，以及车载毫米波雷达、高压输电线检测、看护传感器、生理信息监测等新技术应用。

雷达技术在民用领域的应用正变得活跃，微波雷达相关优秀专业书籍开始出现在市面上，但是毫米波雷达相关的基础数据尚未公开，本书就是在这种背景下诞生的，旨在让初学者能够理解并掌握毫米波雷达的**技术。

目录
第1章 毫米波技术基础 1
1.1 电磁波与无线电波 3
1.1.1 反射与透射 4
1.1.2 衍射 5
1.2 无线电波的大气衰减 7
1.3 毫米波的特征与应用 9
参考文献 11
第2章 雷达技术基础 13
2.1 雷达的组成和工作原理 15
2.1.1 雷达系统概述 15
2.1.2 *大检测距离与*小检测距离 16
2.1.3 距离分辨率 17
2.1.4 方位（角度）分辨率 17
2.2 雷达方程 17
2.2.1 雷达方程概述 17
2.2.2 雷达截面积 21
2.2.3 杂波 23
2.3 雷达的体制 25
2.3.1 脉冲雷达 25
2.3.2 多普勒雷达 26
2.3.3 调频连续波（FM-CW）雷达 27
2.3.4 双频雷达 29
2.3.5 快速线性调频信号（FCM）雷达 29
2.3.6 频率步进雷达 32
2.4 雷达的性能 34
2.4.1 距离分辨率 34
2.4.2 方位分辨率 35
2.5 先进雷达技术 35
2.5.1 超宽带技术 36
2.5.2 先进天线技术 36
2.6 雷达信号处理技术 38
参考文献 40
第3章 毫米波雷达技术概要 41
3.1 毫米波雷达概述 43
3.2 散射、透射特性 44
3.2.1 散射特性 44
3.2.2 透射衰减特性 47
3.3 雷达截面积 51
3.3.1 测量方法 51
3.3.2 RCS特性 53
3.4 杂波的归一化RCS 63
参考文献 66
第4章 车载毫米波雷达 67
4.1 安全驾驶辅助技术课题 69
4.2 基本性能 70
4.3 侧视技术 75
4.3.1 侧视雷达技术例 175
4.3.2 侧视雷达技术例 279
4.4 自车定位技术 81
4.4.1 相对位置估计 81
4.4.2 绝对位置估计 85
4.4.3 路面抛洒物检测 86
参考文献 89
第5章 高压输电线检测 91
5.1 高压输电线检测技术课题 93
5.2 高压输电线检测技术概要 94
5.3 相关处理算法 97
5.4 检测特性 100
附录 108
参考文献 109
第6章 看护传感器 111
6.1 看护传感器的技术课题 113
6.2 状态监视技术 113
6.2.1 状态监视技术课题 113
6.2.2 看护技术 114
6.2.3 检测特性 118
6.3 浴室内看护技术 120
6.3.1 浴室内看护技术课题 120
6.3.2 看护技术 120
6.3.3 检测性能 121
6.4 卫生间内看护技术 124
6.4.1 卫生间内看护课题 124
6.4.2 看护技术 124
6.4.3 检测特性 124
参考文献 128
第7章 生理信息监测 129
7.1 生理信息监测技术课题 131
7.2 呼吸监测 131
7.2.1 呼吸监测技术 131
7.2.2 检测特性 132
7.3 心跳监测 138
7.3.1 心跳监测技术 138
7.3.2 检测特性 144
参考文献 149

第1章 毫米波技术基础
　　1.1 电磁波与无线电波
　　电磁波的概念如图1.1所示，电磁波在电场与磁场的相互影响下以光速传播，传播特性取决于频率。光（红外线、可见光、紫外线、X射线）也是电磁波的一种：暖气设备发出的红外线给人以温暖的感觉；可见光是波长可被人眼感受到的电磁波；紫外线具有杀菌作用，能产生日晒效果；X射线具有穿透物质的特性，普遍应用于X光拍摄等。一般来说，频率在3THz（3×1012Hz）以下的电磁波都可称为无线电波。
　　图1.1电磁波
　　无线电波的分类和特征如图1.2所示，根据频率可分为微波、毫米波和太赫兹波，不同无线电波的传播特性和能够承载的信息量各不相同。
　　(a)无线电波的分类
　　(b)无线电波的特性
　　图1.2 无线电波的特征
　　不同于电路或器件，无线电波传播是难以人为控制的自然现象。特别是雷达的原理更加复杂，在显示目标物（目标）的同时，还会显示各种障碍物的散射波。如图1.3所示，无线电波通过反射、透射、衍射（绕射）进行传播。如果行进方向没有障碍物，无线电波会直线传播；如果行进方向有障碍物，无线电波就会反复反射、透射、衍射，向各个方向传播。反射、透射、衍射等传播方式因频率而异［1］。
　　 介质特性改变会引起反射和透射
　　 无线电波会绕过障碍物（衍射）
　　 波长越长，衍射越大
　　图1.3 无线电波传播的基本特性
　　1.1.1 反射与透射
　　如1.4所示，无线电波入射不同介质时，入射波会在界面（反射面）上发生反射和透射现象。
　　(a)水平极化波 (b)垂直极化波
　　图1.4 界面的反射和透射
　　设ε为介电常数，μ为磁导率。如果界面光滑，则入射角与反射角相同（斯涅耳定律）。此外，界面是否平坦，可根据下式给出的射线粗糙度基准判断［2］：
　　（1.1）
　　式中，σh为第一菲涅耳区起伏量的标准偏差；θ为从界面法线方向测量的入射角。
　　rough＜1说明相干成分突出，界面平坦；反之，rough＞1说明非相干成分突出，界面粗糙。例如，在1GHz以下的微波段（波长30cm以上），沥青路面可以被认为是平坦(rough＜1)的；而在毫米波段，沥青路面通常被认为是粗糙(rough＞1)的。可见，微波雷达的特性无法直接用于毫米波频段。
　　一般来说，反射系数用入射波相对于回波的幅度比表示，且因入射波的极化状态而异。这里认为反射物界面平坦，且介电常数均匀，图1.4中垂直极化的入射波反射系数ΓV由下式给出：
　　（1.2）
　　式中，θi为入射角；假设εr=ε2/ε1，μr=μ2/μ1=1。
　　同样，水平极化的反射系数ΓH由下式给出：
　　（1.3）
　　式（1.2）和式（1.3）被称为菲涅耳反射系数或者散射系数方程，是电磁波散射的基础公式。
　　类似地，菲涅耳透射系数由下式给出：
　　（1.4）
　　（1.5）
　　如果是水平极化，透射系数和反射系数TH+(-ΓH)=1的关系对于所有入射角都成立，但是垂直极化的情况下TV+ΓV=1的关系只在入射角θi=0时成立。
　　1.1.2 衍射
　　无线电波即使被障碍物遮挡也无法遮挡住全部的功率，根据惠更斯原理，无线电波在遮蔽物的端部会产生衍射现象，折射出部分功率。
　　图1.5所示的峰脊衍射是*简单的衍射模型。表示遮蔽程度的衍射参数v定义如下：
　　（1.6）
　　图1.5 峰脊衍射模型
　　注意，v与菲涅耳区的波源次数n之间有如下关系：
　　（1.7）
　　相对于v的峰脊衍射损失如图1.6所示。当v=0时，一半穿透成分（相干成分）被遮挡，损失为6dB。如果第一菲涅耳区被遮挡，则损失约为16dB。
　　穿透成分被遮挡时，衍射损失可用下式近似计算：
　　（1.8）
　　根据v的定义可明确得知，即便是相同的值，频率越高，值越大，衍射损失越大。频率越高，阴影区的衰减越大也是这个原因。
　　图1.6 峰脊衍射损失