一种基于车载以太网的车载雷达及系统的制作方法

本实用新型涉及一种车载设备，尤其涉及应用于汽车的车载雷达及系统。

背景技术：

随着汽车的普及，越来越多的汽车进入千家万户，但由此也带来关于汽车的安全问题。国家统计局发布的信息显示，2016年我国交通事故发生了165246起，给人民带来了很大的人身和财产伤害。而据国家权威电视台报道，世界各国或多或少的都受到了交通安全问题的威胁，所以解决交通问题已经成了全世界的共识。统计数据显示，造成重大交通事故的主要原因是驾驶员超速和疲劳驾驶等行为，且事故以追尾事故居多。以前我们为了减少交通事故给人带来的危害，主要是从提高车辆安全性和道路安全性方面努力的，但是从辅助驾驶员驾驶，甚至替代驾驶员驾驶方面的努力我们考虑的却比较少。根据相关研究，如果事故发生的前0.5秒钟，驾驶员可以有所准备，那么超过一半以上的事故就不会发生；如果可以提前1秒钟得知，那么仅有10％的事故会发生；装有防撞预警系统车辆的事故发生率仅仅是普通车辆事故率的27％。所以，给机动车加装一些主动安全防范措施以辅助驾驶员进行道路侦测和判断是十分有必要的。以acc(adaptivecruisecontrol)主动巡航系统为例，它主要由雷达传感器、轮速传感器和制动控制器等部件组成，通过雷达传感器可以很方便的判断出该车与周围车辆或者障碍物的距离，再利用系统中的多个独立的运算电路，通过本车车速和与障碍物的距离可以快速的计算出障碍物相对于该车的角度进而获得障碍物的位置信息，一旦超过了安全行驶的范围，该系统可以通过轮速传感器和制动控制器进行速度控制，进而避免事故的发生。但是，现在的防撞雷达系统由于价格比较昂贵，还仅仅只装配在高端汽车上。在民用车载防撞雷达领域，主要使用24ghz或77ghz频率的毫米波雷达作为目标探测传感器。频率调制方式一般为调频连续波形fmcw或者频移键控波形mfsk。单个雷达一般为一个独立系统，包含射频前端收发天线和处理器后端算法数据处理等。为满足对车身周围360°方向的全面监测，整车一般需要1个前向远距离雷达+4个或更多的中距离雷达。

目前商用雷达都是一车配多个雷达系统，每个雷达系统都是独立采集各自区域的信息，然后将分析完成的信息传输给汽车车载主机平台，然后由车载主机平台对所有信息汇总分析，判断目标障碍物位置和采取相应的告警提示或驾驶动作，主要存在以下缺点：

1)功耗较大，车身多个雷达都需要消耗蓄电池提供的电能；

2)成本较高，车身多个雷达每个都是单独的系统，有较大的处理器资源浪费的空间；

3)可靠性较差，雷达系统包含mcu处理模块，然后经过处理的数据再传输给车载主机，系统的复杂带来了更多的可靠性问题；

4)不利于车载主机对原始数据的掌控和责任的划分。车载主机得到的数据都是各雷达模块经过各种算法处理过的，难以掌握传感器探测的第一手信息，进而给数据错误导致的责任划分增加了困难。

技术实现要素：

基于现有技术中存在的缺陷，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种低成本、安全，车载以太网的车载雷达及其系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为提供一种基于车载以太网的雷达，雷达包括：发射器和接收器、射频收发芯片、车载以太网模块，射频收发芯片分别与发射天线、接收天线、车载以太网模块进行电连接；

所述发射器至少包括发射天线，所述接收器至少包括接收天线，接收天线的数量至少大于两根；

车载以太网模块至少包括介质访问控制层和100base-tx的物理层，其中，mac层将射频收发芯片中传来的信号进行封装后传递到100base-tx的物理层；

所述100base-tx的物理层采用ieee802.3bp、ieee802.3bw标准协议；

100base-t的物理层将收到的数据按照符合车载以太网协议的格式对数据进行转化后通过100base-tx的接口经车载以太网总线进行传输。

一种基于车载以太网的雷达，进一步，所述射频收发芯片包括信号源、混频器、放大滤波电路、a/d模数转化模块，其中，

信号源：用于产生发射信号的装置，采用了压控振荡器，其中，信号源产生的信号一部分通过天线进行发射，另一部直接进入混频器中；

混频器：将接收天线接收到来自障碍物的发射信号与来自信号源的信号进行混频，输出频率较低的中频信号；

放大滤波电路：将接收到来自混频器中的中频信号通过放大电路进行放大，然后在通过滤波电路滤除干扰信号后将信号进行传输；

a/d模数转化模块：将接收到来自放大滤波电路的模拟信号转为数字信号后进行传输。

一种基于车载以太网的雷达，进一步，中频信号至少包括障碍物和雷达天线之间的相对距离和相对速度信息。

一种基于车载以太网的雷达，进一步，所述至少包括短距离毫米波雷达、远距离毫米波雷达、激光雷达中一种；

所述短距离毫米波雷达包括24ghz毫米波雷达；

所述长距离毫米波雷达包括60ghz和77ghz毫米波雷达；

所述激光雷达至少包括机械激光雷达或固态激光雷达中的一种。

一种基于车载以太网的雷达，进一步，所述短距离毫米波雷达、远距离毫米波雷达、激光雷达安装在车辆的预设位置，其中，车头的左右两侧设置至少1个短距离雷达，车头的中间位置设置至少1个远距离雷达或激光雷达；

车身中部的左右两侧分别设置至少1个短距离雷达；在车身尾部的中间位置，设置至少1个短距离雷达、远距离雷达、激光雷达中至少一种；在车辆尾部的左右两侧位置都分别设有至少1个短距离雷达。

一种基于车载以太网的雷达，进一步，所述多个接收器中的每个包括接收天线，所述接收天线被设置为接收反射的雷达信号，并且其中所述接收器中包括与接收天线相对应的匹配滤波器，所述匹配滤波器被设置为识别来自所述反射的雷达信号的预期接收信号。

本实用新型还提供了一种基于车载以太网的雷达系统，包括上述的基于车载以太网的雷达、车载主机，其中，雷达通过车载以太网总线与车载主机电连接。

一种基于车载以太网的雷达系统，进一步地，所述车载主机包括至少包括车载以太模块、处理器、can芯片，其处理器分别与车载以太网接口模块、can芯片电连接；

车载以太模块至少包括100base-tx的物理层和介质访问控制层，100base-tx物理层与车载以太网总线相连接，用于接收来自雷达通过车载以太网总线的信号；

所述100base-tx的物理层采用ieee802.3bp、ieee802.3bw标准协议；

100base-tx将接收的信号进行解析后传输到介质访问控制层，在介质访问控制层进行信号解析后将信号传输到处理器中。

一种基于车载以太网的雷达系统，进一步地，所述处理器包括fpga可编程逻辑处理器和arm处理器，fpga可编程逻辑处理器与arm处理器电连接，fpga可编程逻辑处理器和arm处理器分别设有晶振，其中，一个晶振用于fpga可编程逻辑处理器，另一个晶振用于arm处理器；

高速并行运算的离散傅氏变换数字信号交由fpga，目标数据解算与管理管理、逻辑、多应用数据协调沟通则交由arm。一种基于车载以太网的雷达系统，进一步地，车载主机还包括显示屏，显示屏用于对雷达的结果或者车载多媒体的画面进行显示。

本实用新型有益技术效果：

1.功耗降低。新的雷达系统要求每个雷达传感器只需要提供射频收发和a/d转换功能，然后把数据直接传给车载主机，减少了多个mcu处理模块，使得功耗的降低。

2.降低了成本。减少了多个mcu硬件模块的资源，可以节约可观的bom成本。

3.可靠性提高。减少了雷达系统的复杂性，将所有后端数据处理放到车载主机端，前端只保留一个ad转换芯片可以有效提高雷达系统本身的可靠性。

4.雷达系统简化以后车载主机可以得到原始数据，有利于相关责任的划分。

附图说明

以下附图仅对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。

图1实施例中基于车载以太网的雷达系统示意图；

图2实施例中汽车中长距离雷达与短距离雷达的分布示意图；

图3实施例中雷达结构示意图；

图4车载主机一实施例结构示意图；

图5车载主机一实施例结构示意图；

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部分。为使图面简洁，各图中的只示意性地表示出了与本实用新型相关部分，而并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。

关于控制系统，本领域技术人员熟知的是，其可以采用任何适当的形式，既可以是硬件也可以是软件，既可以是离散设置的多个功能模块，也可以是集成到一个硬件上的多个功能单元。作为最简单的形式，所述控制系统可以是控制器，例如组合逻辑控制器、微程序控制器等，只要能够实现本申请描述的操作即可。当然，控制系统也可以作为不同的模块集成到一个物理设备上，这些都不偏离本实用新型的基本原理和保护范围。优选地，所述控制系统就是车辆的行车电脑，这样能够最大程度地利用车辆自身的配置，从而大幅度节省成本。

实施例1：

本实施提供了一种基于车载以太网的雷达系统，参见图1至图2，包括多个雷达、车载主机，雷达通过车载以太网总线与车载主机电连接。雷达至少包括短距离雷达、长距离雷达或激光雷达。

具体的，一种车载雷达在汽车中分布方式，我们将汽车分为车头部分、车身中部、车尾部分三个部分，可以在车头的中间位置设置一个长距离雷达，车头的左右两侧设置两个短距离雷达，长距离雷达用于对车辆前面障碍物的探测，左右两个的短距离雷达用于车辆左右两个的障碍物进行探测。在车身中部的左右两个分别设置1～2个短距离雷达,用于对车身两侧的障碍物进行探测，由于只需探测车道两侧的障碍物，因此短距离雷达足够了。在车身尾部的中间位置，可以设置短距离雷达，其中短距离雷达用于倒车监测，长距离雷达用于对车后方的障碍物进行监测。在车辆尾部的左右两侧位置都分别设有短距离雷达，用于车辆尾部的左右两侧障碍物的监测。

或者：

本实施中，还可以这样布置雷达，短距离毫米波雷达、远距离毫米波雷达、激光雷达安装在车辆的预设位置，其中，车头的左右两侧设置至少1个短距离雷达，车头的中间位置设置至少1个远距离雷达或激光雷达；

车身中部的左右两测分别设置至少1个短距离雷达；

在车身尾部的中间位置，设置至少1个短距离雷达、远距离雷达、激光雷达中至少一种；

在车辆尾部的左右两侧位置都分别设有至少1个短距离雷达。

本实施例中，24ghz车载雷达主要用于近程汽车雷达，具有成本低、波束宽、覆盖范围广的特点；60ghz和77ghz主要用于远程汽车雷达，具有探测距离远、方向性好的特点。因此，本实施例中，近程激光雷达采用24ghz毫米波雷达，远程激光雷达采用60ghz或77ghz毫米波雷达。

本实施中，采用线性调频连续波(fmcw)调制方式的毫米波汽车防撞雷达，线性调频连续波可以同时实现测速和测距、测角，有成熟的信号处理理论和多种信号处理算法，是目前汽车防撞雷达的主流调制方式。

本实施例中，毫米波雷达可以替换成激光雷达，当采用激光雷达时，车头部分中间位置设置至少一个激光雷达，车头尾部中间位置设置至少一颗激光雷达。激光雷达包括机械激光雷达或固态激光雷达中的一种，其中，机械激光雷达由光电二极管、mems反射镜、激光发射接受装置等组成，其中机械旋转部件是指图中可360°控制激光发射角度的mems发射镜。固态激光雷达，它通过光学相控阵列(opticalphasedarray)、光子集成电路(photonicic)以及远场辐射方向图(farfieldradiationpattern)等电子部件代替机械旋转部件实现发射激光角度的调整。

实施例2：

本实施提供一种车载以太网雷达，参见3，其中，车载以太网雷达包括：发射器和接收器、射频收发芯片、车载以太网模块，射频收发芯片分别与发射天线、接收天线、车载以太网模块进行电连接。

发射器至少包括发射天线，接收器至少包括接收天线；

接收天线数量可以为多个，由于雷达发射出去经过障碍物发射后的信号会有损失，因此采用多个接收天线能够提高雷达测角精确度。

多个接收器中的每个包括接收天线，所述接收天线被设置为接收反射的雷达信号，并且其中所述多个接收器中的每个包括匹配滤波器，所述匹配滤波器被设置为识别来自所述反射的雷达信号的预期接收信号。

射频收发芯片是雷达的核心部分，其至少包括：信号源、混频器、放大滤波电路、a/d模数转化模块，

信号源：用于产生发射信号的装置，采用了压控振荡器(voltagecontrolledoscillator)，压控振荡器(vco)输出信号的频率受到一个输入电压的调制产生发射信号。信号源产生的信号一部分通过天线进行发射，另一部直接进入混频器中。

混频器：将接收天线接收到来自障碍物的发射信号与来自信号源的信号进行混频，输出频率较低的中频信号，中频信号至少包括障碍物和雷达天线之间的相对距离和相对速度信息；

放大滤波电路：将接收到来自混频器中的中频信号通过放大电路进行放大，然后在通过滤波电路滤除干扰信号后将信号进行传输。

a/d模数转化模块：将接收到来自放大滤波电路的模拟信号转为数字信号后进行传输。

车载以太网模块至少包括介质访问控制(mac层)和100base-tx的物理层(phy)，其中，mac层将要在网络上传输的来自于雷达中的射频收发芯片中经过放大和滤波后的信号置于帧中,然后将帧传递到100base-tx的物理层，如果在传输中某个帧损坏,则只需要重新发送这一损坏的帧即可,而无需重新发送整个传输内容。100base-tx的物理层将收到的数据按照符合车载以太网协议的格式对数据进行封装后通过100base-tx的接口经车载以太网总线传输给车载主机。

100base-tx的物理层采用ieee802.3bp、ieee802.3bw标准协议。

实施例3：

本实施提供一种车载主机，用于对雷达的信号进行处理，车载主机至少包括：车载以太模块、处理器，显示屏、can芯片，其处理器分别与车载以太网接口模块、显示屏、can芯片电连接。

具体地，参见图4，车载主机采用了单一的处理器对雷达传来的信号进行处理。为了提高效率，可以将出处理器采用多个。

具体地，参见图5，处理器不采用单一的设备，其包括fpga可编程逻辑处理器和arm处理器，二者电连接，晶振1用于同步fgpa可编程逻辑处理器的时间、晶振2用于同步arm处理器的时间。

具体地，车载以太网模块包括100base-tx的物理层和介质访问控制层，100base-tx物理层与车载以太网总线相连接，用于接收来自雷达通过车载以太网总线的信号。100base-tx将接收的信号进行解析后传输到介质访问控制层(mac)，在mac层进行信号解析后将信号传输到处理器中。

由于在汽车上布置多个雷达，雷达每时每刻都在采集大量的数据，车载主机需要获取雷达的最终结果才能对汽车做出相应的控制指令。车载主机需要实时性的数据，正给运算带来较大的负荷，另外，数字信号处理系统既需要进行大量数据计算的同时也需要复杂逻辑处理。为了解决该问题，具体地，本实施例中的处理器采用了fpga可编程逻辑处理器和arm处理器，由于要求数据的实时性，采用了两个晶振用于时间的同步，其中，晶振1用于fpga可编程逻辑处理器，晶振2用于arm处理器，fpga处理器和arm处理器的片上组合同时满足了两种处理过程对硬件资源的苛刻要求。需要高速并行运算的离散傅氏变换(fft)数字信号交由fpga进行，而目标数据解算与管理管理、逻辑、多应用数据协调沟通则交由arm进行，二者相辅相成。

当fpga处理器与arm对数字信号进行结算后获取障碍物大小和距离时，通过can芯片将相应的控制指令通过can总线传送给相应的ecu进行控制。

显示屏用于对雷达的结果或者车载多媒体或者摄像头的画面进行显示。