智能網(wǎng)聯(lián)汽車 3-2 認(rèn)知高精度定位系統(tǒng) 教案

課題任務(wù)二認(rèn)知高精度定位系統(tǒng)課時(shí)1課型新課學(xué)科智能網(wǎng)聯(lián)汽車教師學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.能說(shuō)出高精度定位系統(tǒng)的作用。2.能描述高精度定位系統(tǒng)的要求。3.能說(shuō)明高精度定位系統(tǒng)的組成。4.能闡述高精度定位系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。5.能說(shuō)明我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展。素質(zhì)目標(biāo)：1.通過(guò)學(xué)習(xí)我國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)建設(shè)發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生樹立不斷探索的科學(xué)精神，提高科學(xué)素養(yǎng)。2.通過(guò)學(xué)習(xí)高精度定位系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注全球議題，增強(qiáng)國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力。教學(xué)重點(diǎn)1.能描述高精度定位系統(tǒng)的要求。2.能說(shuō)明高精度定位系統(tǒng)的組成教學(xué)難點(diǎn)高精度定位系統(tǒng)的組成。教學(xué)方法講授法教學(xué)資源教學(xué)視頻、PPT教學(xué)過(guò)程教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容一、導(dǎo)入上節(jié)課我們了解了超聲波雷達(dá)，今天我們來(lái)認(rèn)識(shí)毫米波雷達(dá)。我們先看一個(gè)視頻。播放視頻：毫米波雷達(dá)二、教學(xué)過(guò)程同學(xué)們發(fā)現(xiàn)了嗎，通過(guò)視頻，我們可以知道毫米波是毫米波雷達(dá)是通過(guò)發(fā)射和接收無(wú)線電波來(lái)測(cè)量車輛與車輛之間的距離、角度和相對(duì)速度的裝置。那么，毫米波雷達(dá)到底是什么？提問(wèn)1：什么是毫米波雷達(dá)？明確1：毫米波雷達(dá)是通過(guò)發(fā)射和接收無(wú)線電波來(lái)測(cè)量車輛與車輛之間的距離、角度和相對(duì)速度的裝置。毫米波雷達(dá)向周圍發(fā)射電磁波，通過(guò)測(cè)定和分析反射波以計(jì)算障礙物的距離、方向和大小。那么，毫米波雷達(dá)是有哪些類型的呢？提問(wèn)2：毫米波雷達(dá)的類型有哪些？明確2：目前應(yīng)用在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域的毫米波雷達(dá)主要有3個(gè)頻段，分別是24GHz，77GHz和79GHz1）根據(jù)毫米波雷達(dá)頻率可以分為24GHz毫米波雷達(dá)、77GHz毫米波雷達(dá)和79GHz毫米波雷達(dá)。2）根據(jù)毫米波雷達(dá)的有效射程可分為長(zhǎng)距離雷達(dá)（LRR）、中距離雷達(dá)（MRR）和短距離雷達(dá)（SRR）。接下來(lái)我們來(lái)了解毫米波雷達(dá)的組成。提問(wèn)3：毫米波雷達(dá)的組成有哪些？明確3：毫米波雷達(dá)由單片微波集成電路（MMIC）芯片、天線印制電路板、收發(fā)模塊、信號(hào)處理模塊。主要包括的部件如上圖。在車載毫米波雷達(dá)領(lǐng)域，應(yīng)用比較廣泛的是調(diào)頻式連續(xù)毫米波雷達(dá)（FMCW），有近距離測(cè)量以及測(cè)速的優(yōu)勢(shì)。那么，其工作原理我們了解一下。提問(wèn)4：毫米波雷達(dá)工作原理是什么？明確4：FMCW雷達(dá)是利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行障礙物的探測(cè)，它通過(guò)發(fā)射源（天線）向目標(biāo)發(fā)射毫米波信號(hào)，在掃頻周期內(nèi)通過(guò)調(diào)頻發(fā)射頻率變化的連續(xù)波（常見(jiàn)的調(diào)頻方式有三角波、鋸齒波、編碼調(diào)制或者噪聲調(diào)頻等），遇到障礙物體后，發(fā)射的電磁波被反射，產(chǎn)生與發(fā)射信號(hào)有一定頻率差的回波，并分析發(fā)射信號(hào)頻率和反射信號(hào)頻率之間的差值，精確測(cè)量出目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的距離、運(yùn)動(dòng)速度和方位角等信息。原理如圖：毫米波雷達(dá)具有測(cè)距功能，雷達(dá)調(diào)頻器通過(guò)天線發(fā)射毫米波信號(hào)，發(fā)射信號(hào)遇到目標(biāo)后，經(jīng)目標(biāo)的反射會(huì)產(chǎn)生回波信號(hào)，發(fā)射信號(hào)與回波信號(hào)相比形狀相同，時(shí)間上存在差值。發(fā)射信號(hào)與反射信號(hào)間的頻率差值直接取決于和目標(biāo)之間的距離。距離越大，則發(fā)射信號(hào)接收的往返時(shí)間越長(zhǎng)，并且發(fā)射頻率與接收頻率間的差值越大。測(cè)距原理如圖：同時(shí)，毫米波雷達(dá)具有測(cè)速功能，當(dāng)目標(biāo)與雷達(dá)信號(hào)發(fā)射源之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，發(fā)射信號(hào)與回波信號(hào)之間除存在時(shí)間差外，頻率上還會(huì)產(chǎn)生多普勒位移。例如，當(dāng)前方車輛快速行駛時(shí)，車距加大，由于多普勒效應(yīng)，反射信號(hào)（ΔfD）的頻率將變小。這將導(dǎo)致上坡(Δf1)和下坡(Δf2)時(shí)的頻率產(chǎn)生差值。測(cè)速原理如圖：在測(cè)量方位角時(shí)，它的原理是通過(guò)毫米波雷達(dá)的發(fā)射天線TX發(fā)射出毫米波后，遇到被監(jiān)測(cè)物體反射回來(lái)，通過(guò)毫米波雷達(dá)并列的接收天線RX1、RX2，通過(guò)收到同一監(jiān)測(cè)目標(biāo)反射回來(lái)的毫米波的相位差，就可以計(jì)算出被監(jiān)測(cè)目標(biāo)的方位角。毫米波雷達(dá)具有探測(cè)性能穩(wěn)定、作用距離較長(zhǎng)、識(shí)別精度高、環(huán)境適用性好等特點(diǎn)。它的應(yīng)用前景如何？提問(wèn)5：毫米波雷達(dá)應(yīng)用前景如何？明確5：毫米波雷達(dá)分辨力不高，對(duì)行人探測(cè)反射波較弱，無(wú)法精確識(shí)別行人、交通標(biāo)示符號(hào)和信號(hào)燈，需與視覺(jué)傳感器互補(bǔ)使用。毫米波雷達(dá)可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制