一种W波段前车防撞雷达探测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种W波段前车防撞雷达探测系统。所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种W波段前车防撞雷达探测系统，采用77GHz频率即W波段实现前车防撞雷达的系统设计。其特征在于：系统采用77GHz频段，微波射频前端采用分立元件设计，发射信号采用连续波调频步进频体制，压控振荡器由高精度D/A产生的步进调谐信号控制产生，双波束接收天线接收回波信号，混频后得到差拍信号，经滤波放大和自动增益控制，由数字信号处理器采集进行FFT处理，通过频谱分析计算距离速度，并实现多目标判别、车道判别和路况判别。本实用新型专利技术不仅具有微波雷达适应全天候工作、抗干扰能力强的特点，而且具有尺寸小、成本低、测距精度高的优势。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及防撞雷达系统。 技术背景我国对前车防撞雷达的设计起步较晚，目前，国内在汽车防撞雷达方面只局限于倒车雷达的研制和生产，至于前向探测汽车防撞雷达，虽然目前有不少的汽车厂商和科研院所都做了一些跟踪与探索，但都仅限于8mm波段，产品的体积较大，实用性以及产业化程度不高。对于前车防撞雷达的实现方法具体包括激光、红外、超声波以及微波雷达等手段， 但由于受天气条件和环境因素的制约，激光、红外、超声波等实现方式都不适合应用于中、 远距离前车防撞雷达的设计。微波雷达具有稳定的探测性能，可全天候工作，且具有频带宽、分辨率高等优点，是实现前车防撞雷达较好的手段。现有技术的研究基本集中在MGHz或35GHz频率范围，基于77GHz频段的前车防撞雷达尚未见相关资料和报道。77GHz频段由于波长更短、抗工业干扰能力强、波束更窄，有利于系统的小型化和目标的精确探测，因此，急需研发77GHZ即W波段的前车防撞雷达探测系统。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种W波段前车防撞雷达探测系统，采用77GHz频率即W波段实现前车防撞雷达的系统设计。为解决上述技术问题，本技术的技术解决方案是—种W波段前车防撞雷达探测系统，所述雷达系统包括发射天线、接收天线、射频前端模块、基带处理模块、串行通信接口 ；其特征在于所述射频前端模块包括压控振荡器13、倍频器14、滤波器15、放大器16、功分器 17、放大器18、混频器19、中频放大器20 ；所述压控振荡器13产生的步进调频信号经倍频器14得到W波段调频信号，再输入滤波器15、放大器16进行滤波、功率放大后的W波段调频信号经功分器18等分成两路输出，一路由发射天线1发射出去，另一路输入混频器19 ； 双波束接收天线2接收到的双通道回波信号分别经过混频器19进行去斜处理，得到差拍信号，所述差拍信号由中频放大器20放大后，输入基带处理模块。所述基带处理模块包括放大器4、带通滤波器5、数字程控增益放大器6、对消放大器7、抗混叠滤波器8、数字信号处理器9、可编程逻辑器件10、D/A转换器11。差拍信号经放大器4放大，带通滤波器5滤除噪声，由数字程控增益放大器6进行增益控制，所述数字程控增益放大器6的控制信号由数字信号处理器9产生；差拍信号经放大和带通滤波，得到所需频带内的信号，数字信号处理器9控制程控增益放大器6进行AGC 控制使接收机接收到的信号幅度在一个恰当的范围内；数字程控增益放大器6的输出信号经对消放大器7和抗混叠滤波器8进入数字信号处理器9进行采样、FFT处理以及算法判别；对消放大器7消除寄生调幅信号，避免D/A输出噪声对灵敏度的影响；抗混叠滤波器8 滤除高频信号，避免采样模糊。输出的信号进入数字信号处理器9 ；数字信号处理器9根据同步信号采样输入信号，进行FFT处理后进行算法判别；所述串行通信接口将产生的判别结果上传至上位机进行后续处理。可编程逻辑器件10产生控制信号控制D/A转换器11产生三角波步进调谐电压信号去控制压控振荡器13产生步进调频信号，同时可编程逻辑器件10给出同步信号至数字信号处理器9。本技术可带来以下有益效果本技术采用77GHz频段，不仅具有微波雷达适应全天候工作、抗干扰能力强的特点，而且具有尺寸小、成本低、测距精度高的优势。附图说明图1为本技术的系统结构框图图2为本技术的射频组件框图图3为信号处理流程图图4为步进频率变化图图5为发射信号调制形式图图6为双波束天线指向图具体实施方式参见图1、图2 ；图中1为发射天线；2为双波束接收天线；3为射频前端模块；4为放大器；5为带通滤波器；6为数字程控增益放大器；7为对消放大器；8为抗混叠滤波器；9 为数字信号处理器；10为可编程逻辑器件；11为D/A转换器；12为串行通信接口 ； 13为压控振荡器；14为倍频器；15为滤波器；16为放大器；17为功分器；18为放大器；19为混频器；20为中频放大器。射频前端模块由分立元件组成，包括压控振荡器13、倍频器14、滤波器15、放大器 16、功分器17、放大器18、混频器19、中频放大器20，如图2所示。压控振荡器13产生的步进调频信号经倍频器14、滤波器15、放大器16得到W波段调频信号，由发射天线1发射出去。双波束接收天线2接收回波信号，经混频器19混频后得到差拍信号，由中频放大器20放大后，输入基带处理模块。基带处理模块包括放大器4、带通滤波器5、数字程控增益放大器6、对消放大器7、 抗混叠滤波器8、数字信号处理器9、可编程逻辑器件10、D/A转换器11，如图1所示。差拍信号经放大器4放大，带通滤波器5滤除噪声，由数字程控增益放大器6进行增益控制，控制信号由数字信号处理器9产生。信号经对消放大器7和抗混叠滤波器8进入数字信号处理器9进行采样、FFT处理以及算法判别。可编程逻辑器件10产生控制信号控制D/A转换器11产生步进调谐电压信号，控制压控振荡器13产生步进调频信号，同时给出同步信号至数字信号处理器9。数字信号处理器9产生的处理结果通过串行通信接口 12可上传至上位机。系统工作流程包括发射信号产生、去斜接收、模拟处理、数字处理、算法判别五个步骤。系统上电后，由可编程逻辑器件10控制D/A转换器11产生三角波步进调谐电压信号控制压控振荡器13去产生发射信号，同时产生同步信号给数字信号处理器9，作为采样开始信号。本实施例中，调制信号采用3种步进频率，周期性变化，以便后端的多目标识别处理，根据相同的工作原理，调制信号也可采用大于3的步进频率。系统采用双波束接收天线2 ；接收到的双通道信号分别经过混频器19进行去斜处理，得到差拍信号，进入模拟处理部分。差拍信号经放大和带通滤波，得到所需频带内的信号，数字信号处理器9控制数字程控增益放大器6进行AGC控制使接收机接收到的信号幅度在一个恰当的范围内。对消放大器7消除寄生调幅信号，避免D/A输出噪声对灵敏度的影响。抗混叠滤波器8滤除高频信号，避免采样模糊。输出的信号进入数字处理部分。数字信号处理器9根据同步信号采样输入信号，进行FFT处理后进入算法判别环节。算法判别主要通过频谱分析的方法完成。系统设定能量门限A和频谱宽度门限B，进行全频域搜索，求出前后都大于门限A的频谱区域宽度，剔除能量小于门限A和频谱宽度大于B的干扰类目标，其余认为是真实目标。对于一个正负频率调制周期，可以分别得到频率f+和f-，进行相加和相减处理可以求得目标距离和速度。由于采用了 3种步进频率，在每个AF参数下进行频谱配对求得一组距离和速度，3组进行比较，找出相同的距离速度对就是真实的目标。由于系统采用左右双通道接收，对其中某一组距离速度对，比较其左路和右路的能量大小，即可判别该目标的车道信息。具体处理流程见图3。(1)调制信号产生77GHz步进变化的射频信号由压控振荡器13经步进调谐信号控制后经倍频产生， 步进调谐信号采用步进台阶变化的电压信号，该控制形式不同于三角波线性变化控制信号，便于修正VCO调制的非线性，产生线性度较高的步进变化调频射频信号。图4所示为系统采用的步进频率产生方式，调频信号每隔时间τ频率步进Af，每个周期由正斜率段和负斜率段组成，形成正负频率调制。(2)多目标信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种Ｗ波段前车防撞雷达探测系统，所述雷达系统包括发射天线、接收天线、射频前端模块、基带处理模块、串行通信接口；其特征在于：所述射频前端模块包括压控振荡器（１３）、倍频器（１４）、滤波器（１５）、放大器（１６）、功分器（１７）、放大器（１８）、混频器（１９）、中频放大器（２０）；所述压控振荡器（１３）产生的步进调频信号经倍频器（１４）得到Ｗ波段调频信号，再输入滤波器（１５）、放大器（１６）进行滤波、功率放大后的Ｗ波段调频信号经功分器（１８）等分成两路输出，一路由发射天线（１）发射出去，另一路输入混频器（１９）；双波束接收天线（２）接收到的双通道回波信号分别经过混频器（１９）进行去斜处理，得到差拍信号，所述差拍信号由中频放大器（２０）放大后，输入基带处理模块；所述基带处理模块包括放大器（４）、带通滤波器（５）、数字程控增益放大器（６）、对消放大器（７）、抗混叠滤波器（８）、数字信号处理器（９）、可编程逻辑器件（１０）、Ｄ／Ａ转换器（１１）；差拍信号经放大器（４）放大，带通滤波器（５）滤除噪声，由数字程控增益放大器（６）进行增益控制，所述数字程控增益放大器（６）的控制信号由数字信号处理器（９）产生；差拍信号经放大和带通滤波，得到所需频带内的信号，数字信号处理器（９）控制程控增益放大器（６）进行ＡＧＣ控制使接收机接收到的信号幅度在一个恰当的范围内；数字程控增益放大器（６）的输出信号经对消放大器（７）和抗混叠滤波器（８）进入数字信号处理器（９）进行采样、ＦＦＴ处理以及算法判别；对消放大器（７）消除寄生调幅信号，避免Ｄ／Ａ输出噪声对灵敏度的影响；抗混叠滤波器（８）滤除高频信号，避免采样模糊；输出的信号进入数字信号处理器（９）；数字信号处理器（９）根据同步信号采样输入信号，进行ＦＦＴ处理后进行算法判别；所述串行通信接口将产生的判别结果上传至上位机进行后续处理；可编程逻辑器件（１０）产生控制信号控制Ｄ／Ａ转换器（１１）产生三角波步进调谐电压信号去控制压控振荡器（１３）产生步进调频信号，同时可编程逻辑器件（１０）给出同步信号至数字信号处理器（９）。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王海涛，白灏，陈大海，陆长平，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：实用新型
国别省市：31