[发明专利]全固态集成小型毫米波防撞雷达装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种毫米波汽车防撞雷达装置，主要解决汽车行驶中的防追尾碰撞这一技术问题。本发明属于汽车主动防护技术领域。

背景技术

人们对提高汽车行驶的安全性问题越来越重视，汽车防撞系统对提高汽车行驶安全性十分重要。在交通事故统计中，约85％的汽车追尾碰撞是由于驾驶员的疏忽和汽车跟得太近。为了减少汽车碰撞以及汽车碰撞带来的人员伤亡和财产损失，目前在汽车安全行驶方面采用的技术很多，例如，增强汽车的结构、安装行驶安全带和增加安全气囊等，但这些被动方式只解决了汽车碰撞后的防护问题，没有从根本上解决汽车防撞问题。从1971年开始，出现了超声波、激光、红外、微波等多种方式的主动汽车防碰撞系统。但是，光学及红外受限于烟、雨、雾等。微波分辨率低，地物杂波大，除非加大天线口径，而这在空间有限的汽车上是不允许的。都未能在汽车上大量推广应用。而且后端数据处理基本上采用单片机或简单的数字电路，用计数的方法来完成目标的距离探测，这样目标识别能力差，精度低，虚警率高和实时性不好。毫米波雷达与其他雷达相比具有重量轻、体积小和全天候等特点，所以成为近年来研究与发展的热点。目前，开展汽车毫米波雷达系统研究的公司主要集中在美国、日本和欧洲，且已研制出可供装车使用的产品。1993年美国的Eaton公司研制出EVT-300防碰撞雷达报警系统。1997年Benz公司的汽车雷达系统荣获德国的工业革新奖。但是目前国外的防撞雷达也还没有完全发展成熟，波导结构的雷达仍占主导地位，存在一致性差、难以大批量生产的缺点。国内对汽车雷达的研究处于起步阶段，尚无相应的产品应市。

发明内容

本发明针对国内外发展的现状，提供一种全固态集成平面天线结构的小型毫米波汽车防撞雷达，它具有重量轻、体积小，一致性好，工作可靠、易于大批量加工、分辨率高和全天候等特点。

本发明的目的是通过下列方案实施的：首先探测与前方车辆的距离和速度，进行实时显示，再根据汽车制动方程自动定出安全门限，当两车之间的距离小于安全门限值时，则向司机发出声光报警信息。

本发明提供的雷达采用24GHz的高频载波，其特点是射频带宽大，因而距离分辨率高。采用了平面微带天线的结构，天线及部件尺寸小，适用于在空间有限的汽车上安装。同时具有截获率低，穿透力强、地面杂波相对较低而且能适应恶劣的气候条件(烟、云、雨、雾)等，天线波束窄，增益高，抗干扰能力强。采用调频连续波(FMCW)雷达体制，相对于脉冲体制具有所需要发射功率低、信号处理复杂程度低及成本低廉的显著优点。

本发明的一个主要优点就是通过计算多谱勒频移及某一时刻接收信号的传递时间，测量本车到被测物体相对速度和距离。因此，不仅对运动物体，甚至在主车速很低时对静止物体也具有极佳的检测性能。

本发明提供的小型雷达装置主要由平面微带天线、收发组件、线性调制单元、中放系统、信号处理系统、声光显示报警装置等六个单元组成。天线将收发组件产生的24GHz调频连续波发射出去，当碰到目标以后被反射回来并经收发组件混频以后输入中放系统，经放大和滤波后将信号输入信号处理系统计算和判别出目标距离和速度，并根据汽车制动方程计算两车安全距离，由此定出汽车行驶的安全距离和报警门限并驱动声光报警装置报警，提醒驾驶员注意行车安全。该装置的各单元说明如下：

(1)该装置采用收发小型平面微带天线，尺寸为90×91mm，天线主瓣角为5°，增益为20dB。

(2)收发组件将压控振荡器(VCO)、耦合器、混频器制成一平面微带电路，其发射功率为56mW，具有结构简单、一致性好、容易实现，造价低廉等优点。

(3)本发明的线性调制单元可以产生一线性度好，直流偏置、幅度和频率均可调的三角波。依据不同的需要调整合适的VCO调制带宽。

(4)本发明提供的汽车防撞雷达装置其作用距离5～100米，对于这样一个大带宽、高增益特点的系统，要实现近100倍频程宽的带通滤波是相当困难的，对于80dB这样宽的中频动态范围，有可能使接收机近距离饱和或者近距离目标的谱旁瓣将远距离目标的谱主瓣淹没，所以，为避免输出电压中信号的丢失，本发明采取了中频信号自动增益控制来满足A/D变换器对系统动态范围的要求。中放原理如图2所示。