基本介紹
- 中文名：汽車防撞雷達實驗系統的研製
- 內容：防撞雷達系統
- 套用：汽車
1 引言
隨著經濟的快速發展，高她櫃兆速公炒樂路已經在交通運輸中占有重要地位，其正常運轉與否事關重大。據有關資料對公路交通事故的統計分析，發現在司機—汽車—道路三個環節中，司機是可靠性最差的一個環節，80%以上的事故是由於司機反映不及時或判斷失誤引起的；特別在汽車高速行駛情況下，前方目標的正確識別至關重要，而天氣或司機的疲勞駕駛等都將影響司機對前方目標識別，而且隨著汽車保有量的不斷增加，如何提高道路的流量，如何解決天氣對高速公路的影響等等，已逐漸引起人們的注意。
為了減少甚至避免交通事故的發生，國內外已經開始對毫米波雷達防撞系統進行了研究，這是因為毫米波的特性保證了它能夠適應惡劣的氣候條件，如在能見度比較低的雨霧等正需要防撞系統提供幫助的天氣條件下，雷射和超音波等方式不能正常工作，毫米波雷達則不會受到影響，而且毫米波雷達的天線也不會因為灰塵等污染而產生誤差，比較適合在高速公路中運用。另外目前為了解決天氣惡劣情況下的安全問題，一般採用儘量降低車速甚至關閉高速公路方法，顯而易見，該方式嚴重影響了國民經濟的快速發展。為此，解決交通恥捆煉安全，提高運輸能力，積極開發汽車防撞技術具有重要現實意義和廣闊市場前景，文中介紹了基於毫米波雷達的防撞實驗系統的研製，該系統的成功研製為高速公路中的安全防撞技術研究奠定了基礎。
2 防撞雷達系統的基本原理
單目標回波時，發射信號和反射信號將進行混頻，混頻後得到的信號中含有目標的相對距離和相對速度的信息。
線性FMCW雷達結構簡單，比較適宜測量近距離目標，故作為目前車用防撞雷達的普遍選擇方式。其基本原理可以描述為信號的瞬時頻率隨時間線性變換，當前方有單目標回波時，發射信號和反射信號將進行混頻，混頻後得到的信號中含有目標的相對距離和相對速度的信息。
如圖2—1所示，圖2—1a為發射信號和點目標的回波信號，當和前方目標間有相對速度時，信號的回波中含有頻移，圖2—1b為中頻輸出的混頻信號，通過對店凳鑽和中頻信號的處理即可獲得目標的相對速度和相對距離的信息。現記f0作為發射信號中心頻率，B為頻頻寬度，T為掃頻周期，調製信號為三角波，c為光速，R和V分別為目標的相對距離和相對速度。在發射信號的上升段和下降段，中頻輸出信號可以表示為：
根據（2—1）和（2—2）兩式，可以獲得前方目標的相對距離R和相對速度V為：
3 系統的硬體組成
實驗系統是以計算機為中心構成，通過高速多通道的數據採集卡對外部信息進行採集，隨後通過計算機相應的軟體處理，獲得目標的信息，根據相應的危險性情況向司機發出聲音、圖像等信息報警。為解決拐彎和轉向等情況下的目標方位信息，該例中套用陀螺作為探測的輔助手段。系統利用汽車的蓄電池供電，計算機電源則利用逆變器產生220V交流電供電。圖3—1所示為實驗系統的整體結構圖。 3．1 信號發生器
實驗系統是利用FMCW（FrequencyModulationContinuousWave）雷達作為探測手段，由於採用線性調頻方式達到測距的目的，所以雷達信號的線性度對測量距離的精度有較大影響。為了保證足夠的線性度，雷達的控制信號選擇在1．5～3V之間，這是因為在這段區間內該雷達的VCO（VoltageControlledOscillator）壓頻曲線線性度較好，在控制信號端不需要作很大的調整。考慮到波形方式的可變性，該例利用89C52做信號發生器，首先設計所需的雷達波形數講騙乎據並存入單片機的數據存儲區中，後送D/A轉換，經過調整電路產生所需的控制電壓波形。該系統選用的D/A為IT公司的TLV5619，該晶片具有12位解析度，電壓輸出，最小轉換率為1MSPS。所產生的信號為400Hz的三角波。
3．2 微波部件
由於線性FMCW雷達結構簡單，比較適宜測量近距離目標，作為目茅駝協乃前車用防撞雷達的普遍選擇方式，其結構如圖3—2所示。該例中雷達的VCO中心頻率為34．5GHz，頻頻寬度選擇為300MHz（距離解析度==0.5m)。考慮到低副瓣透鏡天線的優點，即軸向尺寸短（相對於普通喇疊埋拘叭型），旁瓣電平低，工作於線性極化，例中選用了該方式的雷達天線。雷達的功率為20mW，該參數的選擇和探測距離的長短有關，功率越大可以探測的距離越遠，但同時外界的樓房、樹木等造成的干擾也就增大。
3．2 微波部件
由於線性FMCW雷達結構簡單，比較適宜測量近距離目標，作為目前車用防撞雷達的普遍選擇方式，其結構如圖3—2所示。該例中雷達的VCO中心頻率為34．5GHz，頻頻寬度選擇為300MHz（距離解析度==0.5m)。考慮到低副瓣透鏡天線的優點，即軸向尺寸短（相對於普通喇叭型），旁瓣電平低，工作於線性極化，例中選用了該方式的雷達天線。雷達的功率為20mW，該參數的選擇和探測距離的長短有關，功率越大可以探測的距離越遠，但同時外界的樓房、樹木等造成的干擾也就增大。
