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Publication
Automotive 4D Radar Imaging with Field of View
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 325.79 MB | Adobe PDF |
Authors
Abstract(s)
Radio Detection And Ranging (Radar) technology has been around for many decades. Initially
developed for military purposes, radar technology has now grown into a larger set
of applications. It is used in aviation, to detect other aircrafts and give accurate altitude
readings, in marine navigation, to prevent collision with other ships and monitor ship movements
in busy waters, in weather forecast, to monitor precipitation and wind, in factories,
to enable manufacturing robots to perceive their environment and navigate/position themselves
according to it, and even in health care, to monitor breathing and blood pressure,
to name a few. In recent years, improvements in integrated circuitry and Radio Frequency
(RF) electronics have made radar-on-chip possible, significantly reducing production costs
and therefore enabling a wider adoption of radar technology, now commonly used in many
civil applications. In the automotive industry for instance, Millimeter Wave (mmWave) radar
sensors are being implemented in everyday vehicles for purposes such as Collision Warning
System (CWS), Blind Spot Detection (BSD), Autonomous Cruise Control (ACC), Parking
Assistance Systems (PAS) and many more, thus being integrated in systems such as Advanced
Driver Assistance Systems (ADAS) and Autonomous Driving Systems (ADS). These
systems comprise a suite of electronic automotive technologies designed to assist drivers in
various driving scenarios, enhance safety, and improve the overall driving experience by providing
real-time data through a combination of software algorithms and sensors, including
cameras, ultrasonic sensors, Light Detection And Ranging (Lidar) and radar. Using real-time
data from each component, ADAS and ADS can perceive the environment, plan a response,
and control the vehicle’s mechanical systems to execute the intended action. As the market
pushes for higher levels of vehicle autonomy, both ADAS and ADS are becoming increasingly
more complex and sophisticated, requiring improvements in radar technology to meet the
evolving demands of these advanced systems.
Therefore, this dissertation presents the work on the development of a 4 Dimensions (4D)
Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) automotive imaging radar with a 360◦ Field-of-
View (FoV). After a brief description of the proposed architecture, using three mmWave
4D imaging radar sensors (AWR1843BOOST) by Texas Instruments (TI), disposed in a
equilateral triangular prism shape, this dissertation presents the first results on the implementation
of a real-time and high resolution radar sensor with a 360◦ FoV. To conclude
the performance evaluation of the presented 360◦ radar, experimental results obtained in a
controlled environment, i.e. inside an anechoic chamber, are presented to validate the proposed
concept. A mmWave Compact Antenna Test Range (CATR) anechoic chamber was
also designed and built in order to properly calibrate the radar. Successful target detection
is achieved by multi-point point-cloud. The proposed radar architecture may be seen as an
opportunity to augment and improve ADAS and ADS.
A tecnologia radar existe há várias décadas. Inicialmente desenvolvida para fins militares, a tecnologia radar expandiu-se para um vasto conjunto de aplicações. É utilizado na aviação, para a deteção de outras aeronaves e realizar medições de altitude com precisão, na náutica, para prevenção contra a colisão com outras embarcações e monitorizar a movimentação de embarcações em zonas de muito movimento, na meteorologia, para monitorização da precipitação e ventos, em fábricas, para que robôs de produção possam compreender o ambiente em seu redor e movimentar/posicionar-se de acordo com o mesmo, e até mesmo na área da saúde, para medir a tensão arterial e a respiração, entre outras. Recentemente, avanços nos circuitos integrados e eletrónica RF tornaram possível o radar-on-chip, que por sua vez tornou os custos de produção mais baixos, permitindo assim que a tecnologia radar se expandisse ainda mais, sendo agora utilizada em várias aplicações de uso civil. Na indústria automóvel por exemplo, sensores radar de onda milimétrica (mmWave) estão a ser implementados em veículos de uso diário para aplicações como aviso de colisão (CWS), deteção em zonas de sombra (BSD), controlo de cruzeiro adaptativo (ACC), assistência ao estacionamento (PAS), entre outros, sendo assim integrado em sistemas avançados de assistência ao condutor (ADAS) e de condução autónoma (ADS). Estes sistemas abrangem um conjunto de tecnologias para aplicações automóvel projetadas com o intuito de dar assistência aos condutores em vários cenários de condução, aumentar a segurança e melhorar a experiência de condução, ao fornecer dados em tempo real através da combinação de algoritmos e do uso de sensores, tais como câmeras, sensores ultrasons, lidar e radar. Ao utilizar esses dados em tempo real, os sistemas ADAS e ADS conseguem ter uma perceção do ambiente, planear uma resposta e controlar os sistemas mecânicos do veículo para executar a ação pretendida. Com a pressão do mercado para aumentar o nível de autonomia dos veículos, os sistemas ADAS e ADS estão a tornar-se mais complexos e sofisticados, o que significa que a tecnologia radar tem de ser aperfeiçoada para satisfazer as exigências desses sistemas. Para esse fim, esta dissertação apresenta um radar MIMO 4D para aplicações automóvel com um campo de visão de 360◦. Após uma breve descrição da arquitetura proposta, onde são utilizados 3 radares de onda milimétrica (AWR1843BOOST) da TI, dispostos numa estrutura triangular equilateral, esta dissertação apresenta os primeiros resultados da implementação de um sensor radar de alta resolução em tempo real com um campo de visão de 360◦. Para concluir a avaliação do desempenho do radar 360◦, resultados experimentais obtidos em ambiente controlado, numa câmara anecoica, são apresentados de forma a validar o conceito proposto. Uma câmara anecoica compacta (CATR) para ondas milimétricas foi também projetada e construída de forma a calibrar o radar. A deteção de alvos é bem sucedida e é visualizada através de uma núvem de multi pontos. A arquitetura de radar proposta pode ser vista como uma oportunidade para melhorar os sistemas ADAS e ADS.
A tecnologia radar existe há várias décadas. Inicialmente desenvolvida para fins militares, a tecnologia radar expandiu-se para um vasto conjunto de aplicações. É utilizado na aviação, para a deteção de outras aeronaves e realizar medições de altitude com precisão, na náutica, para prevenção contra a colisão com outras embarcações e monitorizar a movimentação de embarcações em zonas de muito movimento, na meteorologia, para monitorização da precipitação e ventos, em fábricas, para que robôs de produção possam compreender o ambiente em seu redor e movimentar/posicionar-se de acordo com o mesmo, e até mesmo na área da saúde, para medir a tensão arterial e a respiração, entre outras. Recentemente, avanços nos circuitos integrados e eletrónica RF tornaram possível o radar-on-chip, que por sua vez tornou os custos de produção mais baixos, permitindo assim que a tecnologia radar se expandisse ainda mais, sendo agora utilizada em várias aplicações de uso civil. Na indústria automóvel por exemplo, sensores radar de onda milimétrica (mmWave) estão a ser implementados em veículos de uso diário para aplicações como aviso de colisão (CWS), deteção em zonas de sombra (BSD), controlo de cruzeiro adaptativo (ACC), assistência ao estacionamento (PAS), entre outros, sendo assim integrado em sistemas avançados de assistência ao condutor (ADAS) e de condução autónoma (ADS). Estes sistemas abrangem um conjunto de tecnologias para aplicações automóvel projetadas com o intuito de dar assistência aos condutores em vários cenários de condução, aumentar a segurança e melhorar a experiência de condução, ao fornecer dados em tempo real através da combinação de algoritmos e do uso de sensores, tais como câmeras, sensores ultrasons, lidar e radar. Ao utilizar esses dados em tempo real, os sistemas ADAS e ADS conseguem ter uma perceção do ambiente, planear uma resposta e controlar os sistemas mecânicos do veículo para executar a ação pretendida. Com a pressão do mercado para aumentar o nível de autonomia dos veículos, os sistemas ADAS e ADS estão a tornar-se mais complexos e sofisticados, o que significa que a tecnologia radar tem de ser aperfeiçoada para satisfazer as exigências desses sistemas. Para esse fim, esta dissertação apresenta um radar MIMO 4D para aplicações automóvel com um campo de visão de 360◦. Após uma breve descrição da arquitetura proposta, onde são utilizados 3 radares de onda milimétrica (AWR1843BOOST) da TI, dispostos numa estrutura triangular equilateral, esta dissertação apresenta os primeiros resultados da implementação de um sensor radar de alta resolução em tempo real com um campo de visão de 360◦. Para concluir a avaliação do desempenho do radar 360◦, resultados experimentais obtidos em ambiente controlado, numa câmara anecoica, são apresentados de forma a validar o conceito proposto. Uma câmara anecoica compacta (CATR) para ondas milimétricas foi também projetada e construída de forma a calibrar o radar. A deteção de alvos é bem sucedida e é visualizada através de uma núvem de multi pontos. A arquitetura de radar proposta pode ser vista como uma oportunidade para melhorar os sistemas ADAS e ADS.
Description
Keywords
4D imaging radar Mmwave ADAS ADS Automotive Field-of-view Mapping Anechoic chamber