一种汽车防撞毫米波雷达系统技术方案

本发明专利技术公开了一种汽车防撞雷达系统，包括：天线单元、微波前端和信号处理单元；其中，所述天线单元，用于发射和接收信号；所述微波前端，用于产生发射信号，并通过耦合器输出本振信号；得到差分形式的中频回波差拍信号；中频调理电路将混频后的中频信号经运算放大器进行增益放大后，输出至信号处理单元；所述信号处理单元，用于产生扫频控制信号和扫频源控制参数；对微波前端输入的差拍信号进行采样和频谱分析；解算速度、距离、相位和方位角，通过CAN总线进行通讯；以及转换电压。本雷达系统具有径向和横向二维测量能力，并根据安全准则判断是否存在危险目标，从而有效减少交通事故的发生。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车安全控制领域，具体涉及一种汽车防撞毫米波雷达。
技术介绍
随着经济和科技的不断发展，高等级公路的建成，汽车工业自十九世纪末期诞生以来得到了飞速的发展，种类及数量也在成倍地增加，随之而来的交通拥堵高速行车，导致撞车事故频频发生，交通安全问题已成为全球亟待解决的主要问题。汽车防撞雷达，可以对道路环境进行实时监控，在紧急情况下辅助驾驶员做出正确的处理，有效防止交通事故的发生。国际上对汽车防撞雷达的研究始于20世纪60年代，发展至今已取得了很多成果且主要集中在欧、美、日等发达国家，如美国的TRW和Delphi，德国的Continental(大陆)和Bosch等公司。我国对汽车防撞雷达技术的研究起步较晚，大多还处于理论及方案研究阶段。现有技术在多目标识别过程中，信号处理的运算量大，计算周期较长，难以满足测量实时性的要求。
技术实现思路
为了解决现有技术中的上述问题，本专利技术提出了一种汽车防撞毫米波雷达系统，本雷达系统的目的是实现径向(距离及速度)和横向(方位角)二维测量，当雷达检测到存在危险目标的情况下，发出警报，提示驾驶员及时采取相应制动措施，有效减少交通事故的发生。本专利技术的技术方案中的雷达采用线性调频(LFM)结合频移键控(FSK)复合调制连续波工作体制，角度测量方面依靠三路接收天线，利用相位法实现角度的测量，实现对目标车辆速度和距离的测量，同时能够降低多目标识别时的运算量和处理周期，从而具有很好的获取实时性。本专利技术采用以下的技术方案：一种汽车防撞雷达系统，包括：天线单元、微波前端和信号处理单元；其中，所述天线单元，包括发射天线和接收天线，用于发射和接收信号；所述微波前端，用于产生发射信号，并通过耦合器输出本振信号；对接收的回波信号经正交功分输出六路I/Q信号，得到差分形式的中频回波差拍信号；中频调理电路将混频后的中频信号经运算放大器进行增益放大后，输出至信号处理单元；所述信号处理单元，用于产生扫频控制信号和扫频源控制参数；对微波前端输入的差拍信号进行采样和频谱分析；解算速度、距离、相位和方位角，根据安全准则，标识危险目标，通过CAN总线进行通讯；并将输入电压转换为雷达内部各功能模块所需要的电压。进一步的，所述的天线单元，天线本体采用收发天线分离、共结构体设计，收发天线均采用微带辐射元阵列形式，一路发射三路接收。进一步的，所述发射天线用于从微波前端接收发射信号并向外辐射电磁波；所述接收天线用于接收来自前方被测车辆的回波并传输至微波前端。进一步的，所述微波前端，用于产生相同调制斜率、相同调频带宽、且相差一个频移的A序列和B序列发射信号。进一步的，所述微波前端包括晶体振荡器、锁相源PLL、压控振荡器(VCO)、环路滤波器、耦合器、低噪声放大器、混频器、低通滤波器和运算放大器。进一步的，所述晶体振荡器用于产生基准频率，输出端一分为二，一路提供给所述锁相源PLL作为基准频率，另一路送至信号处理单元。进一步的，所述锁相源PLL，压控振荡器VCO和环路滤波器组成锁相环电路，产生扫频信号，作为发射信号输出；所述耦合器将扫频信号耦合一路作为本振信号，送至前端变频模块。进一步的，所述低噪声放大器，用于对回波信号进行放大；混频器，用于对放大后的信号进行混频，从而得到中频信号；低通滤波器和运算放大器对中频信号进行调理，实现其高增益放大。进一步的，所述的信号处理单元包括模数转换电路、DSP器件、CAN总线接口电路、报警电路和电源变换电路等；所述模数转换电路将所述微波前端输出的回波中频信号进行模数转换，转换后的数字信号进入DSP器件；所述DSP器件对输入的数字信号进行频谱分析，检测出被测目标频点和相位，并计算出对应的距离、速度和方位角度；所述CAN总线接口电路，实现与外界总线通信；所述报警电路，根据所述DSP器件输出的危险等级判定结果，进行声光报警；所述电源变换电路，将外部输入电压转换为雷达内部各功能模块所需要的电压。根据上述技术方案，本专利技术的有益效果如下：(1)可在单一周期内实现测距、测速和多目标识别功能；(2)本专利技术的发射信号源采用PLL+VCO技术，具有发射波形设计灵活，调频线性度高等特点。附图说明图1是本专利技术中汽车防撞雷达发射波形示意图；图2是本专利技术中汽车防撞雷达有距离和速度偏移时的特性曲线；图3是本专利技术中汽车防撞雷达相位法测角示意图；图4是本专利技术中汽车防撞雷达组成框图；图5是本专利技术中汽车防撞雷达微波前端原理框图；图6是本专利技术中汽车防撞雷达信号处理单元原理框图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步详细的解释和说明。本专利技术采用线性调频(LFM)结合频移键控(FSK)复合调制连续波工作体制，实现了径向(距离及速度)和横向(方位角)二维测量功能。为了在单一调制周期内实现测距和测速的功能，本专利技术采用线性调频(LFM)结合频移键控(FSK)复合调制连续波工作体制，如图1所示，雷达系统通过天线向外交替发射A段和B段子脉冲，两个信号的频率按线性规律变化，调制斜率和调制带宽相同，仅差一个小的频移fstep。接收天线同时接收与发射信号特性相同的被测反射目标的回波信号，回波信号与发射信号之间在时间上有一个距离相关的延迟τ，频率上偏移一个与速度相关的fd，如图2所示。混频后，在每一个子脉冲差拍信号的固定位置进行采样，经FFT处理后，找到A，B序列的谱峰位置和相位差信息，获得被测目标的频率和相位差信息后，即可实现距离和速度的测量。上式中，R：被测目标距离； v：被测目标相对本车速度；被测目标相位差； ΔR：雷达距离分辨率； Δv：雷达速度分辨率； fstep：发射信号两个子脉冲序列之间的频率差； k：差拍信号频谱点； N：子脉冲数；测角功能的实现上，汽车防撞雷达采用一路发射，三路接收的天线，利用相位法实现被测目标角度的测量。相位法测角示意图见图3，设在θ方向有一个被测目标，天线1、2之间的距离为d12，天线1、3之间的距离为d13，则天线所收到的信号存在波程差ΔR12和ΔR13，由图3可知：上式中：接收天线1和接收天线2之间的相位差；d12：接收天线1和接收天线2之间的距离；θ：被测目标角度；接收天线1和接收天线3之间的相位差；d13：接收天线1和接收天线3之间的距离；N：除以2π所得商的整数部分；然后由式(4)算出并确定θ。下面结合图4介绍本专利技术具体实施方式中的汽车防撞雷达，图4给出了该汽车防撞雷达的组成框图。防撞雷达必须要具备径向(距离及速度)和横向(方位角)二维测量能力，并通过安全准则判断，在存在危险目标的情况下，发出报警。该汽车防撞雷达包括：天线单元(1)，微波前端(2)和信号处理单元(3)，其中：所述天线单元(1)，采用收发天线分离，共结构体方案，收发天线均采用微带辐射元阵列形式，该种设计更能够满足小型化、低损耗、高增益的要求；发射天线用于从微波前端(2)接收发射信号并向外辐射电磁波，接收天线用于接收来自前方车辆的回波并传输至微波前端(2)；所述微波前端(2)，发射支路用于产生扫频信号，一路作为发射信号通过天线单元(1)直接输出，耦合另一路送至接收支路作为本振信号；接收支路接收天线单元(1)的回波信号，经过变频处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车防撞雷达系统，其特征在于，所述系统包括：天线单元、微波前端和信号处理单元；其中，所述天线单元，包括发射天线和接收天线，用于发射和接收信号；所述微波前端，用于产生发射信号，并通过耦合器输出本振信号；对接收的回波信号经正交功分输出六路I/Q信号，得到差分形式的中频回波差拍信号；中频调理电路将混频后的中频信号经运算放大器进行增益放大后，输出至信号处理单元；所述信号处理单元，用于产生扫频控制信号和扫频源控制参数；对微波前端输入的差拍信号进行采样和频谱分析；解算速度、距离、相位和方位角，根据安全准则，标识危险目标，通过CAN总线进行通讯；并将输入电压转换为雷达内部各功能模块所需要的电压。

【技术特征摘要】
1.一种汽车防撞雷达系统，其特征在于，所述系统包括：天线单元、微波前端和信号处理单元；其中，所述天线单元，包括发射天线和接收天线，用于发射和接收信号；所述微波前端，用于产生发射信号，并通过耦合器输出本振信号；对接收的回波信号经正交功分输出六路I/Q信号，得到差分形式的中频回波差拍信号；中频调理电路将混频后的中频信号经运算放大器进行增益放大后，输出至信号处理单元；所述信号处理单元，用于产生扫频控制信号和扫频源控制参数；对微波前端输入的差拍信号进行采样和频谱分析；解算速度、距离、相位和方位角，根据安全准则，标识危险目标，通过CAN总线进行通讯；并将输入电压转换为雷达内部各功能模块所需要的电压。2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述的天线单元，天线本体采用收发天线分离、共结构体设计，收发天线均采用微带辐射元阵列形式，一路发射三路接收。3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发射天线用于从微波前端接收发射信号并向外辐射电磁波；所述接收天线用于接收来自前方被测车辆的回波并传输至微波前端。4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微波前端，用于产生相同调制斜率、相同调频带宽、且相差一个频移的A序列和B序列发射信号。5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述微波前端包括晶体振荡器、锁相源PLL、压控振荡器(VCO)、环路滤波器、耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：林莉，许高升，潘春云，闫杨娇，
申请(专利权)人：北京华航无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11