专利名称：全固态集成小型毫米波防撞雷达装置的制作方法
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。
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。
(5)本发明的信号处理系统以德州仪器(TI)公司的TMS320C5402高速数字信号处理(DSP)芯片为核心，外围器件包括模数转换芯片(ADC)驱动电路、ADC、高速闪存、电源管理模块、标准串行口(RS232)接口电路等，综合构成了一块高速数字信号处理系统，其时钟频率为40MHz，可以对中频信号进行高速处理，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灵活性。其原理框图如图3所示。
(6)报警及显示部分对5～100米不同距离的危险目标进行不同频率的声光报警。5～50米距离范围内以2Hz频率进行声光报警，50～100米距离范围内以1Hz频率声光报警。
本发明的性能指标工作环境-40℃~+80℃最大作用距离100m速度分辨率＜5Km/h刷新频率20Hz电源+8~12V单电源供电输出数字显示前方车距与车速、根据两车相对距离和速度发出报警
图1是本发明的提供四毫米波防雷达系统原理框图。
图2是图1中的中放原理示意图。中放系统是由线性网络、自动增益放大器二部分组成。
图3是图1中的信号处理原理框图。
图4是图1中的声光报警及显示装置原理框图。
图5是本发明提供的装置中信号采集部分和信号处理部分的连接示意图。
图中，1天线、2收发组件、3中放、4信号处理系统、5报警及显示装置、6线性调制单元、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、321低噪声放大器、322滤波器、323隔离器、33自动增益控制放大器、331增益可控放大器、332反馈环节、34中频输出、41ADC驱动模块、42电源模块、43模数转换、44数字信号处理器、45硬件复位、46高速闪存、47IEEE1149.1标准扫描逻辑(JTAG)调试口、48通信串口、49数据总线扩展、51数据总线扩展、52译码器、53锁存器、54数码管、55电源指示。
本发明提供的防撞雷达，其外观分成前端信号采集部分和后端信号处理部分两个机箱，如图5所示，前端体积为95×95×50mm3，安装在车体保险杠部位，后端体积为140×130×120mm3，安装在驾驶室内，两部分通过同轴电缆接插件(BNC)端口电缆连接。
权利要求
1.一种全固态集成小型毫米波防撞雷达装置，其特征在于(1)由天线、收发组件、线性调制单元、中频放大系统、信号处理系统、声光显示报警装置六个单元组成；(2)所述的天线采用收发小型平面微带天线，天线主瓣角为5°增益为20dB；(3)所述的收发组件是由压控振荡器、耦合器、混频器制成的平面微带电路，发时功率为56mw；(4)所述的线性调制单元产生一幅度偏置和频率可调的三角波，输入收发组件中的压控振荡器；(5)所述的中频放大系统是采用中频信号自动增益控制；(6)所述的信号处理系统是以TMS320C5402高速数字信号处理芯片为核心，外围器件包括模数转换芯片及驱动电路。高速闪存，电源模块、标准串行口接口电路；(7)所述的声光显示报警装置采用不同距离的危险目标进行不同频率的声光报警。
2.根据权利要求1所述的全固态集成小型毫米波防撞雷达装置，其特征在于，所述中频放大系统是由线性网络、自动增益放大器二部分组成；其中线性网络由低噪声放大器和滤波器构成；自动增益放大器由增益可控放大器和反馈环节组成。
3.根据权利要求1所述的全固态集成小型毫米波防撞雷达装置，其特征在于，所述电源模块提供+12V、+5V、+3.3V、+1.8V的不同等级的电压。
4.根据权利要求1所述的全固态集成小型毫米波防撞雷达装置，其特征在于，5-50米距离范围内声光报警的频率为2HZ；50-100米距离范围内声光报警的频率为1HZ。
5.根据权利要求1所述的全固态集成小型毫米波防撞雷达装置，其特征在于，所述六个组成单元分成信号采集部分和信号处理二部分，通过同轴电缆接插件端口电缆连接。
6.根据权利要求1所述的全固态集成小型毫米波防撞雷达装置，其特征在于，采用24GHZ的高频载波，最大工作距离100m。
全文摘要
本发明涉及一种全固态集成小型毫米波防撞雷达装置，其特征在于，由天线、收发组件、线性调制单元、中频放大系统、信号处理系统、声光显示报警装置六个单元组成，采用24GHZ的高频载波以及收发小型平面微带天线。线性调制单元产生一幅度、偏置和频率可调的三角波，输入到收发组件中的压控振荡器，使之产生一频率按三角波规律变化的高频信号，经耦合器、环行器和天线发射出去，碰到目标并返回，再由天线接收，通过环行器后，和耦合器耦合到的本振信号的一部分经混频器混频，混频后的信号经中放进入信号处理系统检出探测目标的距离，并判断是否小于安全门限值，之后送入报警及显示装置进行显示和报警。具有重量轻、体积小、一致性好、分辨高和全天候等特点。
文档编号G01S1/02GK1400474SQ0213654
公开日2003年3月5日 申请日期2002年8月16日 优先权日2002年8月16日
发明者孙晓玮, 金昶明, 程知群, 李小卫, 任成明, 徐涛, 盛怀茂, 钱蓉 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所