前段时间芯查查上发布了毫米波雷达的测评，有很多人体验到了成品雷达，可能怀有许多期待和想法，但却不知道如何和自己手上的毫米波雷达联系起来。因此个人希望能从自己浅薄的专业知识，为微波、雷达行业以外的人士提供一个对毫米波雷达深入浅出的理解，帮助更好地运用毫米波雷达实现创意或产品需求。本系列文章致力于以相对轻松的方式展现毫米波雷达的原理与特征，主要面向非雷达专业人士，碍于笔者水平有限，如有表述不到位或者不够严谨的地方还请评论区斧正，这对我完善文章内容会很有帮助。如果有不理解的地方也可以在评论区提问

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复杂理论我不懂，但我想理解我手上的毫米波雷达是怎么工作的

我想，理解手上的毫米波雷达的工作原理，应该是每一位拿到此类成品模组的工程师油然而生的想法。因此我不打算像课本那般陈词滥调地娓娓道来，我们直接看成品，先有个直观认识再说。

以测评活动提供的CEM5826-M11为例，我们看看它用户手册是怎么描述工作原理的：

本系统利用电磁波多普勒效应对运动目标进行探测。通过发射天线发射出24GHz 电磁波信号，该电磁波信号遇到运动物体时会反射回带有频偏的24GHz 电磁波信号，此频偏即为多普勒频偏，反射回的信号被接收天线接收，通过对多普勒频偏及中频IQ 相位的采集计算分析可以较为灵敏地探测出附近的运动物体以及运动物体是靠近还是远离。当探测到有运动物体靠近时VO 输出高电平，无运动物体靠近时VO 输出低电平。

嗯，还是比较通俗的，但是还是夹杂了一些专业词汇，我们这里直观解释一下：我们中学了解过的声学多普勒正是多普勒效应的一种具体表现，我们来对比一下表述：波（声波）的频率相对于波源（声源）移动的观察者而发生变化的现象。对于雷达而言，波源其实是物体反射电磁波所等效成的波源，如果物体移动那么就是移动的的波源了，就有了多普勒效应，雷达只要对比自己本身发出的信号频率和收到的信号频率就能知道频率发生了改变，从而确定物体的速度。

但是值得一提的是，可以推知的波源速度其实是相对于观察者——雷达——的径向速度分量，切向速度分量是无法感知的，也就是说如果你是人形自走圆规，绕着雷达准确地做着圆周运动，那么你只有切向速度（你的速度矢量始终与圆相切），径向（法向）速度为0，从多普勒效应的角度角度雷达会认为你是静止的。

但是我们应该注意，对于这款雷达，它其实还提及了“相位采集计算分析”。一般来说，利用多普勒效应求得的速度精度是较差的，计算频次也较慢，这里我们后面会解释，总之没法根据速度实时积分精准得到被探测对象的相对位置变化状况，于是对于微动检测就利用到了相位信息。

相位信息是怎么用的呢？当移动距离很小，不到一个波长或者只有几个波长时，引起雷达信号从发射到接收的直线距离发生变化，这个变化会引起微多普勒效应，顾名思义去理解就是变化距离太小了，产生的频率变化太小了，难以检测出来，但是我们想到相位对时间求导就是瞬时频率，因此距离变化会相对直观地体现在相位变化上，根据回波相位变化的频度可以简单估计物体微动的频率。这是对于微动测量的基本方法的直观理解。

生活中我们人的呼吸、心跳都会带来胸腔一定程度的起伏，也许有时我们肉眼难以分辨，但是对于利用相位信息捕捉微动特征的毫米波雷达并不是问题，于是就由此原理实现了基于毫米波雷达的人体存在检测功能——只需判别微动是否符合人的呼吸、心跳特征即可。同理，也可以实现用毫米波雷达捕捉机器振动的特征，去判断机器是否正常工作等各种微动检测用途。

此外，在原理描述中还提及了中频IQ信号，这个可能是通信类专业会熟悉些，我们也在此做简单介绍：其实中频、和IQ信号是两个东西，中频(intermediate frequency, IF)一般是指把相对较高的频率下变频得到较低的、便于处理的频率，在这个频率上我们可以方便地将信号实时采样分析；IQ信号则是指两路相位正交（差90度）的信号，分别为I路和Q路，这种信号在处理上有一定的优势，同时也有着保存信号相位信息的重要功能，具体我们在后面的文章详细剖析。

 

说了这么多，可能有的人认为整得如此麻烦，按理说只要比对发射功率和回波功率、或者比较时间差就可以推知目标距离雷达的距离，进而也可微分求速度，结合三角定位确定位置什么的，不就可以了吗？诶~恭喜你已经发现了脉冲雷达的工作原理了，但是之所以存在诸多雷达种类，显然是各有其特点和优势的，利用回波功率其实很容易错误估计距离，主要是因为信号链路上影响功率的因素太多了，后面会为大家介绍的优雅的雷达方程，其形式看似将所有因素囊括其中，实则每种因素各有其影响条件；利用时间差则是常用的距离检测方法，但是想足够准确测算电磁波传播的时间差有一定的难度，这直接决定了距离的准确度和精确度，如果使用该数据为基础求速度和位置，其准确度对速度位置的误差贡献是极大的。

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小结一下，在本文中我们直观理解了CEM5826-M11这一毫米波雷达模块的工作原理：它利用多普勒效应推算物体运动的径向速度，利用相位信息获取微动特征，进而辨别微动特征来分辨人体存在，简单了解了IQ正交信号、中频的概念。

实际上这个工作原理是非常笼统的，对于工作细节也是删繁就简的，可能你有很多问题，比如不理解如何从多普勒效应的频率变换得到速度，或者是好奇相位信息是怎么提取出来的，又或是不明白回波强度为什么不能很好地反映距离……希望这篇文章能激起你的好奇心，驱使你进一步了解毫米波雷达这一应用越来越多的技术。从下一篇开始，我们将从雷达方程的角度出发，并补充若干概念，逐步系统地揭开毫米波雷达的神秘面纱。