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汽车防撞雷达实验系统的研制

1 引言

随着经济的快速发展，高速公路已经在交通运输中占有重要地位，其正常运转与否事关重大。据有关资料对公路交通事故的统计分析，发现在司机—汽车—道路三个环节中，司机是可靠性最差的一个环节，80％以上的事故是由于司机反映不及时或判断失误引起的；特别在汽车高速行驶情况下，前方目标的正确识别至关重要，而天气或司机的疲劳驾驶等都将影响司机对前方目标识别，而且随着汽车保有量的不断增加，如何提高道路的流量，如何解决天气对高速公路的影响等等，已逐渐引起人们的注意。

为了减少甚至避免交通事故的发生，国内外已经开始对毫米波雷达防撞系统进行了高压电容研究，这是因为对预应力钢绞线力学性能的研究大都基于静荷载的情况下毫米波的7. 液压装备质量特性保证了它能够适应恶劣的气候条件，如在能见度比较低的雨雾等正需要防撞系统提供帮助的天气条件下，激光和超声波等方式不能正常工作，毫米波雷达则不会受到影响，而且毫米波雷达的天线也不会因为灰尘等污染而产生误差，比较适合在高速公路中运用。另外目前为了解决天气恶劣情况下的安全问题，一般采用尽量降低车速甚至关闭高速公路方法，显而易见，该方式严重影响了国民经济的快速发展。为此，解决交通安全，提高运输能力，积极开发汽车防撞技术具有重要现实意义和广阔市场前景，文中介绍了基于印前服务毫米波雷达的防撞实验系统的研制，该系统的成功研制为高速公路中的安全防撞技术研究奠定了基础。

2 防撞雷达系统的基本原理

线性FMCW雷达结构简单，比较适宜测量近距离目标，故作为目前车用防撞雷达的普遍选择方式。其基本原理可以描述为信号的瞬时频率随时间线性变换，当前方有单目标回波时，发射信号和反射信号将进行混频，混频后得到的信号中含有目标的相对距离和相对速度的信息。叫号机

如图2—1所示，图2—1a为发射信号和点目标的回波信号，当和前方目标间有相对速度时，信号的回波中含有频移，图2—1b为中频输出的混频信号，通过对中频信号的处理即可获得目标的相对速度和相对距离的信息。现记f0作为发射信号中心频率，B为频带宽度，T为扫频周期，调制信号为三角波，不过现在数显的基本都被淘汰了c为光速，R和V分别为目标的相对距离和相对速度。在发射信号的上升段和下降段，中频输出信号可以表示为：

根据（2—1）和（2—2）两式，可以获得前方目标的相对距离R和相对速度V为：

3 系统的硬件组成

实验系统是以计算机为中心构成，通过高速多通道的数据采集卡对外部信息进行采集，随后通过计算机相应的软件处理，获得目标的信息，根据相应的危险性情况向司机发出声音、图像等信息报警。为解决拐弯和转向等情况下的目标方位信息，该例中应用陀螺作为探测的辅助手段。系统利用汽车的蓄电池供电，计算机电源则利用逆变器产生220V交流电供电。图3—1所示为实验系统的整体结构图。 3．1 信号发生器

实验系统是利用FMCW（Frequency ModulationContinuous Wave）雷达作为探测手段，由于具有非常广阔的利用前景采用线性调频方式达到测距的目的，所以雷达信号的线性度对测量距离的精度有较大影响。为了保证足够的线性度，雷达的控制信号选择在东台1．5～3V之间，这是因为在这段区间内该雷达的VCO（Voltage ControlledOscillator）压频曲线线性度较好，在控制信号端不需要作很大的调整。考虑到波形方式的可变性，该例利用89C52做信号发生器，首先设计所需的雷达波形数据并存入单片机的数据存储区中，后送D／A转换，经过调整电路产生所需的控制电压波形。该系统选用的D／A为IT公司的TLV5619，该芯片具有12位分辨率，电压输出，最小转换率为1MSPS。所产生的信号为400Hz的三角波。

3．2 微波部件

由于线性FMCW雷达结构简单，比较适宜测量近距离目标，作为目前车用防撞雷达的普遍选择方式，其结构如图3—2所示。该例中雷达的VCO中心频率为34．5GHz，频带宽度选择为300MHz（距离分辨率==0.5m)。考虑到低副瓣透镜天线的优点，即轴向尺寸短（相对于普通喇叭型），旁瓣电平低，工作于线性极化，例中选用了该方式的雷达天线。雷达的功率为20mW，该参数的选择和探测距离的长短有关，功率越大可以探测的距离越远，但同时外界的楼房、树木等造成的干扰也就增大。