专利名称：毫米波汽车防撞雷达装置的制作方法
技术领域：
本实用新型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。本实用新型属于汽车防护技术领域。
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。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。
本实用新型的目的在于提供一种毫米波汽车防撞雷达装置，它具有重量轻、体积小，工作可靠、分辨率高和全天候等特点。
本实用新型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。
本实用新型采用了35GHz的毫米波雷达技术，其射频带宽大，因而距离分辨率高。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。
本实用新型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。
本实用新型提供的毫米波防撞雷达装置主要由天线、收发组件、中放、信号处理、报警及显示、函数发生器和电源等七个单元组成。其中(1)该装置采用收发共用的小型喇叭天线，目的在于减小体积、降低成本，增益为26分贝。
(2)收发组件是用波导环行器完成收发双工的“零拍型”波导结构，即同一个振荡源既作发射源又作接收本振，这种组件结构简单紧凑，容易实现，造价低，其发射功率为40mW。
(3)本实用新型提供的毫米波汽车雷达防撞雷达装置其作用距离1～110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，本实用新型采取了中频信号频域动态范围的压缩新技术来降低动态范围，以便更好的检测目标。然后再采用自动增益控制来满足A/D变换器对系统动态范围的要求。其中放原理如图2所示。
(4)信号处理部分是基于TI公司的TMS320C5402的高速可编程数字信号处理系统，主要是对前端收发组件经中放送出的信号进行处理，从复杂的信号背景下，消除不需要的信号(如杂波)检出有用的雷达探测目标信号，具有很好的实时性和可程控性。这部分还包括放大、滤波、信号电平转移和模数转换等。其原理框图如图3所示。
(5)本实用新型的函数发生器部分产生一线性度好，幅度和频率可调的三角波。采用数字与模拟混合电路，并具有温度补偿电路以适应严酷的气候条件影响，把线性度控制在0.5％以内。
(6)报警及显示部分对1～110米不同距离的危险目标进行不同频率的声光报警。1～50米距离范围内以2Hz频率进行声光报警，50～110米距离范围内以1Hz频率声光报警。
(7)电源部分能将输入的12V电压分别转换成+12V、-12V、8V、5V等满足不同单元的电压需求。
本实用新型的性能指标工作环境-40°/+80°最大作用距离110m最小作用距离1m探测精度±0.125(1～110)m速度分辨率 ＜5Km/h刷新频率20Hz电源+12V单电源供电；输出数字显示距离和速度声光报警
以下结合附图和较佳实施例对本实用新型的特点和进步作进一步阐述。
图1是本实用新型的结构图。
图2是图1中的中放原理示意图。
图3是图1中的信号处理原理框图。
图中1.天线；2.收发组件；3.中放；4.信号处理；5.报警及显示；6.函数发生器；21.环行器；22.耦合器；23.压控振荡器；24.混频器；31.中频输入；32.线性网络；33.自动增益控制放大器；34.中频输出；321.低噪声放大器；322.线性压缩；323.隔离；331.增益可控放大器；332.反馈环节；41.模拟前端；42.电源模块；43.模数转换；44.数字信号处理；45.硬件复位；46.程序存储器；47.JTAG调试口；48.串口；49.数据扩展。
如图1所示，函数发生器6产生一线性度为0.5％以内的幅度和频率可调的三角波输入到收发组件2中的压控振荡器23，使之产生一个频率按三角波规律变化的毫米波信号，经耦合器22和环行器21、由天线1发射出去，遇到目标并返回再由天线1接收，经环行器21完成与放射信号的隔离后，和耦合器22耦合发射信号的一部分功率进入混频器24进行混频，混频后的信号经中放3进入信号处理4检出有用探测目标的距离，并判断是否小于安全门限值，之后送入报警及显示单元5进行显示和报警。又如图2所示，中放系统是把收发组件2中混频器24的中频输入31送给线性网络32，经自动增益控制放大33以满足A/D变换器对中频输出34动态范围的要求，线性网络32由低噪声放大器321和线性压缩322以及隔离323构成，自动增益控制放大器33是增益可控放大器331和反馈环节332组成。又如图3所示，信号处理系统是把中放的中频输出34送入模拟前端41进行放大、滤波和电位平移，经模数转换43将模拟信号转换成数字信号送给数字信号处理44进行目标的识别和距离及速度的计算，再将数显板所需要的数据线和控制线通过数据扩展槽49给报警及显示5，其中程序存储器46存储系统应用程序，硬件复位45使系统复位，电源42提供+12V、+5V、+3.3V、+1.8V的不同电压等级供给不同芯片，JTAG调试口47用于在线编程和调试程序，串口48用于该装置和PC机的串行通讯。
权利要求1.一种毫米波汽车防撞雷达装置，其特征在于该装置主要由天线、收发组件、中放、信号处理、报警及显示、函数发生器和电源组成。
2.按权利要求1所述的毫米波汽车防撞雷达装置，其特征在于所述的天线为收发共用的小型喇叭天线。
3.按权利要求1所述的毫米波汽车防撞雷达装置，其特征在于所述的收发组件是用波导环行器完成收发双工的“零拍型”波导结构，同一振荡源既作发射源又作接受本振，发射功率为40mW。
4.按权利要求1所述的毫米波汽车防撞雷达装置，其特征在于所述的中放采取了中频信号频域动态范围的压缩技术；然后再采用自动增益控制以满足A/D变换器对系统动态范围的要求；信号处理基于TMS320C5402的高速可编程数字信号处理系统。
5.按权利要求1所述的毫米波汽车防撞雷达装置，其特征在于所述的函数发生器产生线性度好，幅度和频率可调的三角波且采用温度补偿电路；线性度控制在0.5％以内。
6.按权利要求1所述的毫米波汽车防撞雷达装置，其特征在于所述报警及显示可对1～110米不同距离内的危险目标进行不同频率的声光报警。
7.按权利要求1所述的毫米波汽车防撞雷达装置，其特征在于所述的电源模块能将输入的+12V电压分别转换成+12V，-12V，8V，5V。
8.按权利要求1或2或3或5所述的毫米波汽车防撞雷达装置，其特征在于函数发生器产生的幅度和频率可调的三角波输入到收发组件中的压控振荡器，产生一个频率按三角波规律变化的毫米波信号，经耦合器和环形器，由天线发射出去，遇到目标并返回再由天线接收，经环形器完成与发射信号的隔离后，和耦合器耦合，发射信号的一部分功率进入混频器进行混频，然后经中放进入信号处理。
9.按权利要求1或4所述的毫米波汽车防撞雷达装置，其特征在于中放系统是把收发组件中混频器的中频输入送给线性网络，经自动增益控制放大后以满足A/D变换器对中频输出动态范围的要求，线性网络由低噪声放大器和线性压缩以及隔离构成，自动增益控制放大器是增益可控放大器和反馈环节组成。
10.按权利要求1或4所述的毫米波汽车防撞雷达装置，其特征在于所述的信号处理系统是把中放的中频输出先送入模拟前端进行放大、滤波和电位平移，再经模数转换将模拟信号转换成数字信号送给数字信号处理，进行目标的识别和距离及速度的计算，再将数显板所需要的数据线和控制线通过数据扩展槽给报警及显示。
专利摘要本实用新型涉及一种毫米波汽车防撞雷达装置,属于汽车防护技术领域。特征在于主要由天线、收发组件、中放、信号处理、报警及显示、函数发生器和电源等部件组成,其天线为收发共用的小型喇叭天线;收发组件是用波导环形器完成收发双工的“零拍型”波导结构;中放采取了中频信号领域动态范围的压缩技术;函数发生器线性度控制在O.5%以内,幅度和频率可调的三角波,可解决汽车行驶中在1—110米不同距离内防追尾碰撞问题。
文档编号G01S13/50GK2468062SQ01211040
公开日2001年12月26日 申请日期2001年3月9日 优先权日2001年3月9日
发明者夏冠群, 孙晓玮, 杨晓峰, 金昶明, 盛怀茂, 李玉芳, 程知群, 任成明, 徐涛, 李洪芹 申请人:中国科学院上海冶金研究所