[发明专利]一种调频连续波汽车防撞雷达系统

说明书

【技术领域】

本发明属于FMCW汽车防撞雷达测距测速技术领域，提出了一种FMCW雷达测距测速系统，可以精确测量较远范围内的目标的距离和速度，并灵敏地采取相应措施 

【背景技术】

汽车雷达的研究始于20世纪60年代，早期受元器件的限制发展比较缓慢。随着集成电路的进步，雷达的制造成本下降。同时顺应汽车业的发展，汽车雷达技术迅速兴起。根据公路交通汽车事故分析表明：80％以上的车祸是由于司机反应不及时或判断失误造成的。计算表明：司机反应迟缓1秒钟，时速60km的汽车可前进约17m，由此就会产生不堪设想的严重后果，若在夜间或是恶劣气象条件下，能见度低，司机视距短，中高速行驶时很难及时发现前方障碍物并采取必要措施。统计表明：在撞车事故中，45％是司机未看清前方有车，30％虽发现有车但未及时采取措施。根据德国Daimler-Benz公司对汽车事故的研究证明：若司机能提早0.5秒钟意识到危险并采取措施，可避免迎面碰撞事故30％，追尾事故50％，若提早1秒钟采取措施则绝大多数事故可避免，因此汽车防撞雷达应运而生。 

防撞雷达系统对于提高交通安全，减少事故损失起到了重要作用，其研究具有极大地现实意义和广阔的应用前景。而常用的雷达技术中，超声波雷达虽然价格低廉技术成熟，但器方向性较差，同时使用距离也很短，探测无法产生窄的波束，现多应用于倒车雷达系统中；而激光雷达虽然方向性好，能在某种程度上穿透雾气和水汽，但容易受到天气，积尘等的严重影响；而微波雷达作用距离比较远，可达200米，且对雨滴，雾气，沙尘的穿透力比较强，受不良天气影响很小，因而应用前景比较大。毫米波的频率大约为30-300GHz，波长介于1-10mm之间，其波长短，频带宽，穿透能力强等等诸多优点，使成为汽车前视雷达的主流技术。 

汽车防撞雷达的工作体制主要分为连续波体制(FMCW)和脉冲体制两种。脉冲测距的原理比较简单，雷达向外发射脉冲信号，接受目标反射的回波信号，通过两者之间的时间差来计算目标距离，根据多普勒频移来计算目标的径向速度。脉冲体制适用于远距离目标，而作用距离为1-200m 的汽车防撞雷达要求脉冲宽度很窄，技术难度很大，同时脉冲方式要求发射峰值功率大，测量多目标困难。 

FMCW雷达由于其射频前端的复杂性最低，峰值功率低，最小作用距离比较小，中频带宽比较低等优势，在微波雷达中的研究和应用尤为普遍。而由于收发隔离度不好，故常使用收发分离的两副天线。 

FMCW雷达通过发射天线向外发射一列连续调频毫米波，利用接收天线接收来自目标的反射信号，根据接收信号与发射信号的时间差来测量目标物体的距离。FMCW雷达已经提出很多年了，但这种雷达由于受泄露调制波的影响，作用距离比较小，速度和距离测量的精度也不高，应对措施也比较呆板单一。 

在本发明中在模拟前端中使用滤波器滤除泄露调制波，利用自动增益放大器放大中频信号，有效的实现了精确的测速和测距，同时应对不同的测量结果，采取多种不同的措施来提醒驾驶员，有效的防止追尾碰撞的发生。 

【发明内容】

FMCW雷达中频信号经过滤波，自适应放大等一些处理之后，再经过A/D采样变成数字信号之后即可进行灵活的数字信号处理，下面所提到的中频信号都是指数字化之后的信号。为了提高该FMCW汽车防撞雷达系统的性能，本发明提出一系列措施来提高测速测距精度，使系统灵敏有效。 

本发明共包括6个组成部分，分别是雷达传感器模块(1)，泄漏调制波滤波模块(2)、自动增益控制放大模块(3)、模数转换模块(4)、数字信号处理模块(5)和多种相应反应装置(6)。雷达传感器产生调制信号，经过压控振荡器后一部分输送给发射天线，一部分传至混频器。天线发出的信号经目标反射后由接收天线接收，接收到的信号传入混频器与VCO的部分信号进行混频，然后输出到滤波器(1)，先通过合适的低通滤波器，滤除其中的高频成分，然后采用高通滤波器或者自适应滤波器滤掉泄露调制波(2)，采用自动增益控制放大器对不同距离产生的信号进行相应的放大，以便于信号的处理(3)，经过模数转换器得到目标对应的中频信号(4)，在数字信号处理装置中对中频信号采用FFT变换进行频谱分析，将分析的结果进行转换，得到速度和距离信息(5)，根据距离和速度的不同，采取相应的反应(6)。