Le auto di oggi sono piene di radar, che rilevano gli oggetti e anche il loro movimento. Non viene mai spiegato, però, che tipo di dispositivi e come lavorano, e come fanno ad essere così precisi.
Nello specifico, sulle vetture moderne i produttori installano più esemplari di radar a onda continua modulata in frequenza (FMCW), che lavorano insieme ai segnali chirp per misurare insieme distanza e la velocità. Ecco come funzionano.
I segnali chirp e la misurazione di distanza e velocità
Come detto, i radar producono i segnali “chirp” modulati in frequenza, che vengono trasmessi dal radar e riflessi da un oggetto. Il segnale riflesso viene ricevuto con un ritardo temporale e una differenza di frequenza istantanea rispetto al segnale trasmesso. Questa differenza, chiamata frequenza di battimento, è proporzionale alla distanza dell’oggetto e contribuisce alla precisione tipica delle auto moderne.
La velocità dell’oggetto influisce anche sulla frequenza ricevuta a causa dell’effetto Doppler. Tuttavia, la misurazione simultanea di distanza e velocità crea un segnale IF, segnale di frequenza intermedia, che non può essere attribuito unicamente alla distanza o alla velocità, causando ambiguità.
Per risolvere l’ambiguità, viene usata l’informazione di fase. La fase del segnale IF rappresenta la differenza di fase tra il segnale trasmesso e quello ricevuto. La variazione della fase nel tempo può essere utilizzata per calcolare la velocità dell’oggetto. Un oggetto in movimento causa un cambiamento di fase proporzionale alla distanza percorsa e, misurando questo cambiamento tra due segnali “chirp” consecutivi, è possibile stimare la velocità.
Per stimare la velocità di più oggetti in movimento, viene utilizzata una sequenza di X “chirp”, che viene chiamata frame. Il calcolo della FFT (trasformata di Fourier veloce, una trasformata integrale che trasforma una funzione in un’altra tramite integrazione) su questa sequenza di “chirp” permette di determinare la velocità degli oggetti in base alla variazione della fase tra i “chirp”. Il risultato è una mappa range-Doppler che mostra la distanza e la velocità degli oggetti.
Come si progetta un segnale chirp
La progettazione di un segnale “chirp” dipende da tre fattori principali: larghezza di banda, durata del “chirp” e numero di ripetizioni del “chirp” in un frame. Un’ampia larghezza di banda migliora la risoluzione della distanza, “chirp” brevi permettono la misurazione di velocità elevate ma limitano la distanza massima, mentre un maggior numero di “chirp” aumenta la risoluzione della velocità.
