专利名称：一种车载雷达系统的制作方法
一种车载雷达系统
技术领域：
本发明涉及汽车安全领域，尤其涉及一种车载雷达系统。
背景技术：
汽车雷达，顾名思义，是用于汽车或其他地面机动车辆的雷达。其主要可分为以下几类测速雷达，可以测量车轮的转速来测量出汽车速度；障碍物探测雷达，这种雷达可在无能见度或能见度很差的情况下观察地形，向司机报警从而防止事故；自适应巡航控制雷达，能够适应车辆周围的环境，并根据本车与前车的速度与前车保持一个安全速度；防撞雷达，能够根据车辆当前的方向和速度测量到在车辆前方路上可能引起碰撞的危险障碍物，警告驾驶员要打开气囊或其他制动设备，控制汽车的速度；以及其他车辆监督和控制雷达。在车载防撞雷达中，根据工作原理和工作过程不同，分为超声波雷达，红外雷达，激光雷达以及毫米波雷达。前三种雷达，都是通过对回波的检测，与发射信号相比较，得到脉冲或者相位的差值，从而计算出发射与接收信号的时间差。然后根据传播速度计算出与障碍物的距离和相对速度。此三类系统的结构简单，价格低廉，但是容易受到恶劣气象条件的影响，无法却表测距精度。毫米波的优势在于，不受目标物体形状颜色的干扰，不受大气紊流的影响，具有稳定的探测性能，环境适应性好。然而，现有的毫米波车载防撞雷达系统造价昂贵、性能不够稳定，并且单个雷达天线仅能探测特定方向上(通常是前方)的障碍物，存在雷达探测的盲区，无法提供全方位的探测。
发明内容本发明将提供一种车载雷达系统，其中，该车载雷达系统包括处理器，用于控制车载雷达系统的运行；雷达发射机，用于产生雷达波；天线，用于将雷达波发射；以及，波束偏折器，用于将雷达波的波束方向偏折，其中，处理器控制雷达发射机产生雷达波，天线将雷达波发射，波束偏折器将雷达波的传播方向偏折使得雷达波至少能够覆盖180°方位。在本发明的优选实施方式中，波束偏折器为超材料波束偏折器。在本发明的优选实施方式中，超材料波束偏折器包括基材以及附着在所述基材上的多个人造微结构。在本发明的优选实施方式中，在超材料上，沿第一方向所附着的人造微结构的尺寸不变化，沿第二方向所附着的人造微结构由基材的中间部分向基材的两侧部分逐渐变大。在本发明的优选实施方式中，超材料的折射率在第一方向上不变，在第二方向上由基材的中间向基材的两侧部分逐渐变小。
在本发明的优选实施方式中，人造微结构包括第一金属丝及分别连接在第一金属丝两端且垂直于该第一金属丝的第二金属丝。在本发明的优选实施方式中，人造微结构包括两条相互垂直的第一金属丝及分别连接在每个所述第一金属丝两端且垂直于该第一金属丝的第二金属丝。本发明采用单个雷达天线能够探测至少180°方位上的障碍物，甚至能够探测360°方位上的障碍物，减小或完全消除了雷达探测的盲区，可以提供全方位的探测，提高了车辆驾驶的安全性。并且，该系统简单，容易实现。
图I示出了现有技术中使用毫米波的单天线车载防撞雷达；图2示出了现有技术中使用毫米波的多天线车载防撞雷达；图3示出了根据本发明的车载防撞雷达系统100。图4示出了根据本发明的超材料波束偏折器140的具体结构；
图5示出了本发明的超材料波束偏折器140上的折射率分布；图6示出了根据本发明的波束反向器150的具体结构；图7示出了超材料波束偏折器140的人造微结构220的一种具体形式；图8示出了超材料波束偏折器140的人造微结构220的另一种具体形式。
具体实施方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。图I示出了现有技术中使用毫米波的单天线车载防撞雷达。在该单天线车载防撞雷达种，将单天线毫米波雷达安装在汽车的前部(通常是前窗挡风玻璃上)，该单天线毫米波雷达可以探测驾驶者前方几十米范围内的障碍物情况，并及时反馈回车载电脑，进行数据处理。当车速小于30km/h时，前方遭遇障碍物时，采用该单天线毫米波雷达得汽车能自动启动刹车系统，在15km/s以下的速度，采用该单天线毫米波雷达得汽车将车自动刹停，将车辆碰撞的可能性降至最低。保护行人和驾驶者的安全。然而，该单天线毫米波雷达仅能探测图I中前方LI及L2之间的A区域。对于车辆侧面及后方的B区域，该单天线毫米波雷达无法探测，是雷达探测盲区。为了解决图I中的探测盲区问题，图2给出了现有技术中使用多天线毫米波的车载防撞雷达。为了使得车载雷达能够探测更大的区域，在图2所示的车载雷达中，使用了多个雷达天线，向多个方向发射毫米波，以便能够探测更大的由图2中的LI及L2围成的区域A。然而，随着天线数量的增加，雷达系统变得更复杂，制造成本也大大增加。图3中示出了本发明的车载防撞雷达系统100。该系统包括车载电脑110、雷达发射机120、天线130以及波束偏折器140。车载电脑110负责控制整个车载雷达系统100正常工作，包括控制雷达发射机120来发射电磁波，并对雷达波的反馈数据进行处理，并根据处理结果给出控制车辆运行的提
/Jn ο雷达发射机120用于产生雷达波，其具体硬件实施可包括雷达波发生器、中频放大器以及射频发射前端等射频硬件部分。天线130用于将雷达发射机120产生的雷达波发射，天线的性能对整个车载防撞雷达系统100的性能有重要影响。常用的雷达波天线有以下几种反射面天线、透镜天线、喇口八天线、介质天线、漏波天线、微带天线、相控阵列天线等。
波束偏折器140用于将天线130发射的雷达波进行偏折，以使得雷达波至少能够覆盖180°方位，甚至能够覆盖360°方位上的障碍物，如图中M所表示的区域。在本发明中采用超材料波束偏折器作为本发明中应用的波束偏折器140。图4示出了根据本发明的超材料波束偏折器140的具体结构，以及波束经过其后的传播情况。由图4可见，根据本发明的超材料波束偏折器140包括基材210以及多个人造微结构220。基材210采用介电绝缘材料制成，在本发明中为基材210采用聚四氟乙烯制成。基材210上设置有多个人造微结构220，这些人造微结构220通过光刻、时刻等工艺形成在基材210上。由超材料技术可知，通过调整人造微结构220的几何形状、尺寸及其在基材210上的分布，可以调整整个超材料上各处的等效介电常数及等效磁导率。当人造微结构220采用相同的几何形状时，例如本实施方式中的“I”字型时，如果超材料波束偏折器140上某处人造微结构220的尺寸越大，则该处的等效介电常数及等效磁导率越大。 由图4可见，在X轴方向上，人造微结构220的尺寸不变，在Y轴方向上，中间部分的人造微结构220的尺寸最小，人造微结构220的尺寸沿着Y轴向两边逐渐变大，并且在距离中间部分相同距离处的人造微结构220的尺寸相同。由于人造微结构220的尺寸在X轴方向上大小相同，那么使得在超材料波束偏折器140上与X轴平行的直线上各处的等效介电常数及等效磁导率相同，并且由于材料的折射率与其介电常数及磁导率存在如下关系n=k士XM ,其中k为比例系数,其取值可以为正负I, ε为材料的介电常数，u为材料的磁导率，使得在超材料波束偏折器140上与X轴平行的直线上各处的折射率相同。同理，由于人造微结构220的尺寸在Y轴方向上大小从中间部分向两侧逐渐变大，中间部分的尺寸最小，并且在距离中间部分相同距离处的人造微结构220的尺寸相同，使得在超材料波束偏折器140上与Y轴平行的直线上各处的等效介电常数及等效磁导率逐渐变大，中间部分的等效介电常数及等效磁导率最小，因而使得在超材料波束偏折器140上与Y轴平行的直线上各处的折射率从中间部分向两侧部分逐渐增大，中间部分的折射率最小。图5示出了本发明的超材料波束偏折器140上的折射率分布。在图5中，由于在图4的X轴方向上各处的折射率均相同，而在图4Υ轴方向上的折射率变化，因而用平行于X轴的多条直线将超材料波束偏折器140上折射率相同的部分划分成一个单元，并且各单元的折射率分别用nl、n2、. . . np来表示。又因为，在Y轴上，在距离中间部分相同距离处的折射率相同，因而Y轴上距离中间部分相同距离处的折射率用相同的标号表示，如图5所示。由上述论述可知，nl < n2 < . . · < np。图6示出了波束通过根据图4中所示的超材料波束偏折器140后波束的传播情况。波束S入射到本实施方式中的超材料波束偏折器140后，发生偏折，偏折的角度Θ与Λ η及在X轴方向上排列的人造微结构220的个数相关q，具体关系如下Sin Θ = q.An,其中Λη表示相邻单元的折射率变化，且O < q· Λη < I。由上述公式可知，当相邻单元的折射率变化大小相同时，那么对于入射到超材料波束偏折器140上的波束的偏折角度均相同。而当相邻单元的折射率变化大小逐渐变大时，则对于入射到超材料波束偏折器140上中间部分的波束的偏折角度较小，而入射到超材料波束偏折器140上Y轴方向上的两侧部分的波束的偏折角度逐渐变大。进而使得入射的雷达波更够覆盖更大的区域，至少能够覆盖180°方位，甚至覆盖360°方位。同时参考图3至图6，在使用根据本发明的车载雷达系统100时，处理器110控制雷达发射机120产生雷达波，天线130将该雷达发射机120所产生的雷达波发射，雷达波经过波束偏折器140后偏折，使得雷达波至少能够覆盖180°方位甚至能够覆盖360°方位。减小雷达探测盲区甚至实现真正的无盲区。提供全方位的探测，提高了车辆驾驶的安全性。并且，该系统简单，容易实现。
在上述说明中，具体说明了本发明的雷达系统的工作原理。由上述说明可见，超材料波束偏折器140的设计至关重要。下面在对超材料波束偏折器140的基材210以及多个人造微结构220进行具体说明。图7示出了人造微结构220的具体形式，在本发明的实施方式中，该人造微结构220的尺寸小于雷达波波长的十分之一，优选地，该人造微结构220的尺寸的数量级为雷达波波长的十分之一。并且，人造微结构220呈“I”字型，包括第一金属丝221及分别连接在第一金属丝221两端且垂直于该第一金属丝的第二金属丝222。由超材料技术可知，通过调整人造微结构220的几何形状、尺寸及其在基材上的分布，可以调整整个超材料上各处的等效介电常数及等效磁导率。因而本发明中，超材料波束偏折器140上人造微结构220可以是具有其他的几何形状、尺寸，也可以非均匀地排列在基材上。只要使得超材料波束偏折器140在图4所示的X轴方向上的等效介电常数及等效磁导率不变化，而在Y轴方向上的等效介电常数及等效磁导率逐渐变化，也即在X轴方向上的等效折射率不变，在Y轴方向上的等效折射率逐渐变化，也可以实现本发明的发明目的。例如，在本发明的其他实施方式中，人造微结构220可以采用其他的几何形状，如图8所示，该实施方式中，人造微结构220呈相互垂直的“I”字型，该人造微结构220包括两条相互垂直的第一金属丝221及分别连接在每个所述第一金属丝221两端且垂直于该第一金属丝的第二金属丝222。调节人造微结构220的尺寸，使得超材料波束偏折器140在图4所示的X轴方向上的等效介电常数及等效磁导率不变化，而在Y轴方向上的等效介电常数及等效磁导率逐渐变化，也即在X轴方向上的等效折射率不变，在Y轴方向上的等效折射率逐渐变化，也可以实现本发明的发明目的。通过上述说明可，人造微结构220可以采用其他的几何形状。甚至在同一超材料波束偏折器140上采用两种以上不同几何结构的人造微结构220，只要使得超材料波束偏折器140在图4所示的X轴方向上的等效介电常数及等效磁导率不变化，而在Y轴方向上的等效介电常数及等效磁导率逐渐变化，也即在X轴方向上的等效折射率不变，在Y轴方向上的等效折射率逐渐变化，就可以实现本发明的发明目的。当然，在本发明的其他实施方式中，也可以改变超材料波束偏折器140中人造微结构220的几何尺寸及其在基材上的分布，来实现超材料波束偏折器140在图4所示的X轴方向上的等效介电常数及等效磁导率不变化，而在Y轴方向上的等效介电常数及等效磁导率逐渐变化，也即在X轴方向上的等效折射率不变，在Y轴方向上的等效折射率逐渐变化，就可以实现本发明的发明目的。其原理与上述说明中的原理相同。在此不再赘述。使用根据本发明的雷达，至少能够覆盖180°方位甚至能够覆盖360°方位上的。减小雷达探测盲区甚至实现真正的无盲区。提供全方位的探测，提高了车辆驾驶的安全性。并且，该系统简单，容易实现。在上述实施例中，仅对本发明进行了示范性描述，但是本领域技术人员在阅读本专利申请后可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下对本发明进行各种修改。
权利要求
1.一种车载雷达系统，其特征在于，所述车载雷达系统包括 处理器，用于控制所述车载雷达系统的运行； 雷达发射机，用于产生雷达波； 天线，用于将所述雷达波发射；以及， 波束偏折器，用于将所述雷达波分裂并偏折， 其中，所述处理器控制所述雷达发射机产生雷达波，所述天线将所述雷达波发射，所述波束偏折器将所述雷达波分裂并偏折，使得所述雷达波至少能够覆盖180°方位。
2.根据权利要求I所述的车载雷达系统，其特征在于，所述波束偏折器为超材料波束偏折器。
3.根据权利要求2所述的地质雷达，其特征在于，所述超材料波束偏折器包括基材以及附着在所述基材上的多个人造微结构。
4.根据权利要求3所述的地质雷达，其特征在于，在所述超材料上，沿第一方向所附着的所述人造微结构的尺寸不变化，沿第二方向所附着的所述人造微结构由所述基材的中间部分向所述基材的两侧部分逐渐变大。
5.根据权利要求3所述的地质雷达，其特征在于，所述超材料的折射率在第一方向上不变化，在第二方向上由所述基材的中间部分向所述基材的两侧部分逐渐变大。
6.根据权利要求3所述的地质雷达，其特征在于，所述人造微结构包括第一金属丝及分别连接在第一金属丝两端且垂直于该第一金属丝的第二金属丝。
7.根据权利要求3所述的地质雷达，其特征在于，所述人造微结构包括两条相互垂直的第一金属丝及分别连接在每个所述第一金属丝两端且垂直于该第一金属丝的第二金属丝。
全文摘要
本发明提供了一种车载雷达系统，其包括处理器、雷达发射机、天线、波束分裂器以及波束偏折器，其中，处理器控制雷达发射机产生雷达波，天线将雷达波发射，波束偏折器将雷达波的传播方向偏折使得雷达波至少能够覆盖180°方位，甚至能够覆盖360°方位。本发明采用单个雷达天线能够探测360°方位上的障碍物，不存在雷达探测的盲区，可以提供全方位的探测，提高了车辆驾驶的安全性。
文档编号G01S13/93GK102680976SQ20111006177
公开日2012年9月19日 申请日期2011年3月15日 优先权日2011年3月15日
发明者刘若鹏, 张洋洋, 徐冠雄, 许毓钦 申请人:深圳光启创新技术有限公司, 深圳光启高等理工研究院