專利名稱：一種調(diào)頻連續(xù)波汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)的制作方法
ー種調(diào)頻連續(xù)波汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于FMCW汽車防撞雷達(dá)測距測速技術(shù)領(lǐng)域，提出了ー種FMCW雷達(dá)測距測速系統(tǒng)，可以精確測量較遠(yuǎn)范圍內(nèi)的目標(biāo)的距離和速度，并靈敏地采取相應(yīng)措施
背景技木汽車?yán)走_(dá)的研究始于20世紀(jì)60年代，早期受元器件的限制發(fā)展比較緩慢。隨著集成電路的進(jìn)步，雷達(dá)的制造成本下降。同時順應(yīng)汽車業(yè)的發(fā)展，汽車?yán)走_(dá)技術(shù)迅速興起。根據(jù)公路交通汽車事故分析表明80%以上的車禍?zhǔn)怯捎谒緳C反應(yīng)不及時或判斷失誤造成的。計算表明司機反應(yīng)遲緩I秒鐘，時速60km的汽車可前進(jìn)約17m，由此就會產(chǎn)生不堪設(shè)想的嚴(yán)重后果，若在夜間或是惡劣氣象條件下，能見度低，司機視距短，中高速行駛時很難及時發(fā)現(xiàn)前方障礙物并采取必要措施。統(tǒng)計表明在撞車事故中，45%是司機未看清前方 有車，30%雖發(fā)現(xiàn)有車但未及時采取措施。根據(jù)德國Daimler-Benz公司對汽車事故的研究證明若司機能提早0. 5秒鐘意識到危險并采取措施，可避免迎面碰撞事故30%，追尾事故50%，若提早I秒鐘采取措施則絕大多數(shù)事故可避免，因此汽車防撞雷達(dá)應(yīng)運而生。防撞雷達(dá)系統(tǒng)對于提高交通安全，減少事故損失起到了重要作用，其研究具有極大地現(xiàn)實意義和廣闊的應(yīng)用前景。而常用的雷達(dá)技術(shù)中，超聲波雷達(dá)雖然價格低廉技術(shù)成熟，但器方向性較差，同時使用距離也很短，探測無法產(chǎn)生窄的波束，現(xiàn)多應(yīng)用于倒車?yán)走_(dá)系統(tǒng)中；而激光雷達(dá)雖然方向性好，能在某種程度上穿透霧氣和水汽，但容易受到天氣，積塵等的嚴(yán)重影響；而微波雷達(dá)作用距離比較遠(yuǎn)，可達(dá)200米，且對雨滴，霧氣，沙塵的穿透力比較強，受不良天氣影響很小，因而應(yīng)用前景比較大。毫米波的頻率大約為30-300GHZ，波長介于I-IOmm之間，其波長短，頻帶寬，穿透能力強等等諸多優(yōu)點，使成為汽車前視雷達(dá)的主流技術(shù)。汽車防撞雷達(dá)的工作體制主要分為連續(xù)波體制(FMCW)和脈沖體制兩種。脈沖測距的原理比較簡單，雷達(dá)向外發(fā)射脈沖信號，接受目標(biāo)反射的回波信號，通過兩者之間的時間差來計算目標(biāo)距離，根據(jù)多普勒頻移來計算目標(biāo)的徑向速度。脈沖體制適用于遠(yuǎn)距離目標(biāo)，而作用距離為l_200m的汽車防撞雷達(dá)要求脈沖寬度很窄，技術(shù)難度很大，同時脈沖方式要求發(fā)射峰值功率大，測量多目標(biāo)困難。FMCW雷達(dá)由于其射頻前端的復(fù)雜性最低，峰值功率低，最小作用距離比較小，中頻帶寬比較低等優(yōu)勢，在微波雷達(dá)中的研究和應(yīng)用尤為普遍。而由于收發(fā)隔離度不好，故常使用收發(fā)分離的兩副天線。FMCW雷達(dá)通過發(fā)射天線向外發(fā)射一列連續(xù)調(diào)頻毫米波,利用接收天線接收來自目標(biāo)的反射信號，根據(jù)接收信號與發(fā)射信號的時間差來測量目標(biāo)物體的距離。FMCW雷達(dá)已經(jīng)提出很多年了，但這種雷達(dá)由于受泄露調(diào)制波的影響，作用距離比較小，速度和距離測量的精度也不高，應(yīng)對措施也比較呆板単一。在本發(fā)明中在模擬前端中使用濾波器濾除泄露調(diào)制波，利用自動增益放大器放大中頻信號，有效的實現(xiàn)了精確的測速和測距，同時應(yīng)對不同的測量結(jié)果，采取多種不同的措施來提醒駕駛員，有效的防止追尾碰撞的發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容FMCff雷達(dá)中頻信號經(jīng)過濾波，自適應(yīng)放大等ー些處理之后，再經(jīng)過A/D采樣變成數(shù)字信號之后即可進(jìn)行靈活的數(shù)字信號處理，下面所提到的中頻信號都是指數(shù)字化之后的信號。為了提高該FMCW汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)的性能，本發(fā)明提出一系列措施來提高測速測距精度，使系統(tǒng)靈敏有效。本發(fā)明共包括6個組成部分，分別是雷達(dá)傳感器模塊(I)，泄漏調(diào)制波濾波模塊
(2)、自動增益控制放大模塊(3)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(4)、數(shù)字信號處理模塊(5)和多種相應(yīng)反應(yīng)裝置出)。雷達(dá)傳感器產(chǎn)生調(diào)制信號，經(jīng)過壓控振蕩器后一部分輸送給發(fā)射天線，一部分傳至混頻器。天線發(fā)出的信號經(jīng)目標(biāo)反射后由接收天線接收，接收到的信號傳入混頻器與VCO的部分信號進(jìn)行混頻，然后輸出到濾波器(1)，先通過合適的低通濾波器，濾除其中的高頻成分，然后采用高通濾波器或者自適應(yīng)濾波器濾掉泄露調(diào)制波(2)，采用自動增益控制 放大器對不同距離產(chǎn)生的信號進(jìn)行相應(yīng)的放大，以便于信號的處理(3)，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器得到目標(biāo)對應(yīng)的中頻信號(4)，在數(shù)字信號處理裝置中對中頻信號采用FFT變換進(jìn)行頻譜分析，將分析的結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到速度和距離信息(5)，根據(jù)距離和速度的不同，采取相應(yīng)的反應(yīng)⑶。FMCW雷達(dá)受壓控振蕩器寄生調(diào)幅的影響，使得最后產(chǎn)生的中頻信號中包含一幅值固定的泄露調(diào)制波，而中頻信號中包含距離信息的信號部分的幅度與距離R的4次方成的反比，隨著距離的增加，有用信號將會淹沒在泄露信號中，從而極大的限制了 FMCW雷達(dá)的測距距離。因而有效地濾除泄露調(diào)制信號非常重要。在本發(fā)明中采用模擬高通濾波器或者自適應(yīng)濾波器可以很好的滿足要求。

圖I雷達(dá)測速測距原理2雷達(dá)傳感器框3自動增益放大器原理4 一種調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖具體實施方式本發(fā)明的FMCW雷達(dá)測距測速系統(tǒng)采用下述步驟實現(xiàn)雷達(dá)傳感器模塊中的函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生調(diào)制信號，即頻率可調(diào)的三角波或者鋸齒波，調(diào)制信號傳送至壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)頻，得到頻率按調(diào)制波形變化的毫米波信號。其中要求此壓控振蕩器的線性度盡可能的高，以減小泄露，提高測量精度。VCO的中心頻率可以采用24G，40G，76G-79G等頻段，具體可以根據(jù)不同的距離和車型進(jìn)行配置。比如24GHz用于低速檢測和控制，40GHz左右用于大型車輛的識別，76-79GHZ用于小型車輛的識別。VCO產(chǎn)生的毫米波信號一部分能量直接傳送至混頻器，一部分傳送到發(fā)射天線，發(fā)射出去的能量遇到障礙物返回后由接收天線接收，然后傳送至混頻器與原毫米波進(jìn)行混頻，產(chǎn)生包含中頻信號，高頻信號和泄露調(diào)制信號的混合信號?；旌闲盘栠M(jìn)入濾波模塊后先用低通濾波器濾除高頻成分，然后選用高通濾波器或者自適應(yīng)濾波器濾除泄露調(diào)制信號，得到目標(biāo)中頻模擬信號。然后對中頻模擬信號進(jìn)行自動增益控制放大，使信號的幅度在固定范圍之類，以便于數(shù)字處理，在對信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，即進(jìn)入數(shù)字處理部分。在該部分先通過FFT變換進(jìn)行頻譜分析，得到頻率信息后轉(zhuǎn)化為目標(biāo)的距離和速度信息，對用不同的目標(biāo)，采取不同的反應(yīng)措施。當(dāng)調(diào)制波形為三角波吋，設(shè)三角波周期為T，由此產(chǎn)生的調(diào)頻信號掃頻帶寬為A F。發(fā)射機發(fā)射信號ft，頻率也用ft表示；同波信號和ち2，頻率也用fri和f；2表示。發(fā)射信號與回波信號經(jīng)混頻器混頻輸出中頻信號IF，且fIF = (frl+fr2)/2D雷達(dá)測距的距離公式為R =告·可見，R與fIF成正比，如果能夠測出中頻頻率fIF，也就可以得出R，這就是雷達(dá)測距的基本思路。雷達(dá)測速的速度公式為V= し‘.ム丨，其中c為光速，這是雷達(dá)測速的基本
思路。所以在頻譜分析得到兩個中頻信號的頻率后，即通過此變換將其轉(zhuǎn)換為距離和速度信息。對于不同的速度和距離的目標(biāo)，采取多祥的反應(yīng)。具體情況如下當(dāng)前方目標(biāo)的距離在IOOm開外時，僅顯示其距離速度信息。當(dāng)目標(biāo)距離在IOOm以內(nèi)時，顯示器距離和速度信息的同時，啟動警報器，播放音樂，隨著距離的逐漸縮短，音樂的節(jié)奏逐步加快，當(dāng)距離小于IOm時，或者在5s可能相撞時制動控制裝置起作用。另外對不同的距離和速度信息采用不同的顏色顯示，以便產(chǎn)生警示作用，如以當(dāng)前速度5s以內(nèi)可能相撞時顯示為紅色，5s-20s可能相撞時顯示為黃色，30s開外則顯示為緑色。也可以在顯示器中加入專門的顯示燈，類似于紅綠燈的形式加以警示等等多祥化的處理方式充分地提醒駕駛員注意行車安全。
權(quán)利要求
1.一種調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于組成部分包括雷達(dá)傳感器(1)，濾波器(2)、自動增益放大器(3)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器(4)，數(shù)字信號處理器(5)及相應(yīng)的反應(yīng)裝置出)。雷達(dá)傳感器輸出處理過的目標(biāo)反射信號，其中包含由高頻信號，中頻信號和泄露調(diào)制信號(I)，采用濾波器濾除調(diào)制泄露調(diào)制信號及高頻成分(2)，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(3)，對濾波后的信號通過自動增益放大器進(jìn)行放大(4)，經(jīng)過數(shù)字信號處理器提取前方車輛的距離和速度信息(5)，然后根據(jù)不同測量結(jié)果采取相應(yīng)的措施(6)。
2.權(quán)利要求書I所述的FMCW汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于雷達(dá)傳感器可以采用24GHz和76GHz等多個微波頻段。
3.權(quán)利要求書I所述的FMCW雷達(dá)測距測速電路系統(tǒng)，其特征在于雷達(dá)傳感器中的輸入調(diào)制信號由函數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生，可以為三角波或者鋸齒波，調(diào)制信號的頻率可調(diào)，頻率低至幾十到幾百赫茲。
4.權(quán)利要求書I所述的FMCW汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于對雷達(dá)傳感器輸出的信號采用模擬濾波器濾除混合信號中的泄露的調(diào)制波及高頻信號，采用合適的低通濾波器先濾除其中的高頻成分，然后選用高通濾波器或者自適應(yīng)濾波器等濾除泄露調(diào)制信號。
5.權(quán)利要求書I所述的FMCW汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于對濾波后的中頻信號進(jìn)行自動增益放大，主要是根據(jù)目標(biāo)的距離不同，相應(yīng)的對中頻信號進(jìn)行不同程度的放大。
6.權(quán)利要求書I所述的FMCW汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于數(shù)字信號處理器對信號進(jìn)行FFT變換，確定中頻信號的頻率，通過轉(zhuǎn)換即可得到距離和速度信息。
7.權(quán)利要求書I所述的FMCW汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)，其特征在于對測量的距離和速度信息進(jìn)行檢測，并采取相應(yīng)的反應(yīng)，根據(jù)結(jié)果的不同，分別或者同時采用顯示速度距離信息，語音報警，制動控制等措施。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)，屬于汽車防護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。本系統(tǒng)可以測量目標(biāo)的距離和速度，有效地實現(xiàn)汽車防撞。其組成部分有雷達(dá)傳感器，濾波器，自動增益控制放大器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)字信號處理器以及相應(yīng)的預(yù)警裝置。經(jīng)過雷達(dá)傳感器后得到信號，其中包含有泄露的調(diào)制信號，中頻信號和高頻信號，用濾波器濾除泄露調(diào)制波及高頻成分。在數(shù)字信號處理中用FFT進(jìn)行頻譜分析，將頻率測量結(jié)果轉(zhuǎn)化成距離信息和速度信息。根據(jù)測量結(jié)果的不同采取不同的報警方式。其最大作用距離可達(dá)150m，距離分辨力為1m，速度分辨力為1m/s，工作環(huán)境為-40°--80°。
文檔編號G01S13/93GK102788980SQ20121002666
公開日2012年11月21日 申請日期2012年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月7日
發(fā)明者唐玲, 孟繁宇, 張興, 徐峰, 李燕紅, 王新安, 王正鑫, 黃利君 申請人:北京大學(xué)深圳研究生院