CN101950021A - 超声波与毫米波联合测量的无盲区汽车防撞雷达装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波与毫米波联合测量的无盲区汽车防撞雷达装置。包括超声波测距电路，毫米波前端电路，三角波发生电路，中频放大电路，信号处理电路，显示报警电路，无线通信电路和电源模块。超声波测距电路的输出接信号处理电路，信号处理电路一路输出接三角波发生电路，三角波发生电路的输出接毫米波前端电路的输入端，毫米波前端电路输出接中频放大电路的输入端，中频放大电路的输出接信号处理电路，信号处理电路的输出接显示报警电路和无线通信电路，电源模块给装置供电。本发明通过综合使用超声波和毫米波测距方法测量汽车前向障碍物信息，可以解决一般毫米波雷达中存在的近距离目标盲区问题，可以进一步提高车辆驾驶的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及毫米波汽车防撞雷达装置，尤其是涉及一种超声波与毫米波联合测量的无盲区汽车防撞雷达装置。
背景技术
随着汽车工业的发展，汽车安全性能受到厂商和消费者越来越多的重视。关系汽车安全性能的一个重要技术是汽车前向防撞雷达技术。作为一种主流的汽车前向防撞装置，毫米波汽车防撞雷达具有带宽大、分辨率高、天线部件尺寸小、能适应恶劣环境，重量轻、体积小以及全天候等特点，同时不仅可以测量目标的距离，还可以测量目标的相对速度，具有较好的稳定性和适应性。
但是，毫米汽车防撞波雷达也存在自身的不足之处，最显著的不足之处在于，雷达在目标距离很近时候存在一个盲区，其原因在于：当使用线性调频连续波的体制时，很近的目标距离引起的很小的频率偏移无法被检测；当使用脉冲调制体制时，很近的目标距离引起的回波脉冲与发射脉冲重叠而无法分辨，即无论使用何种体制，这一距离盲区都是不可避免的。一般而言，这一盲区在5米之内。
车辆行驶环境中，毫米波汽车防撞雷达盲区内出现目标是可能的。一个典型的例子是车辆正常行驶时从道路一侧突然串出的行人和非机动车辆，这对于安全行车有着巨大的威胁。另一典型的例子是市区拥挤道路跟车时本车与前方的车距确认，现在多数情况下是凭借驾驶者车感，而因此造成的不小心追尾时有发生。
发明内容
为了克服毫米波汽车防撞雷达存在的盲区问题，本发明的目的在于提供一种超声波与毫米波联合测量的无盲区汽车防撞雷达装置，在毫米波雷达的盲区使用超声波测距电路进行测量，信号处理电路对超声波测距电路的信息和毫米波雷达的信息进行联合处理。
本发明采用的技术方案是：
本发明包括超声波测距电路，毫米波前端电路，三角波发生电路，中频放大电路，信号处理电路，显示报警电路，无线通信电路和电源模块；超声波测距电路的输出接信号处理电路，信号处理电路的一路输出接三角波发生电路，三角波发生电路的输出接毫米波前端电路的输入端，毫米波前端电路输出接中频放大电路的输入端，中频放大电路的输出接信号处理电路，信号处理电路的另一路输出接显示报警电路和无线通信电路，电源模块给装置供电。
所述超声波测距电路使用压电式超声波发生器和接收器，测量汽车前方10米以内的障碍物的距离，并将距离信息送入信号处理电路。
所述的中频放大电路：包括由低噪声放大器和高通滤波器组成的线性网络，包括由第一级增益可调放大器、第二级增益可调放大器和增益控制电路组成自动增益控制放大电路；把毫米波前端电路的输出信号输入线性网络，再经过自动增益控制放大电路进行放大，以获得幅度稳定的中频信号输出到信号处理电路。
所述的信号处理电路以Xilinx公司的Virtex-II Pro系列高性能FPGA芯片XC2VP70为核心，分别与外围电路的模数转换电路，串行通信电路，10M/100M以太网通信电路，存储电路，SystemACE配置电路，JTAG接口电路连接。
所述无线通信电路使用433MHz ISM频段芯片nRF401配合外围电路构成，最高工作速率20kbps，最高发射功率10dBm，用于与汽车制动装置进行无线互联。
所述的电源模块为单一正电压输入，输入范围为10V至18V宽电压，可以使用汽车电平供电，输出提供+15V，-15V，+12V，-12V，+8V，+5V，+3.3V，+2.5V，+1.8V，+1.2V的不同等级的电压。
本发明与背景技术相比，具有的有益效果是：
本发明对车辆前方障碍物目标进行测距测速主要使用毫米波前端电路通过线性调频的方式实现，在毫米波前端电路的测量盲区，使用超声波测距电路进行测量。使用超声波测距电路测量毫米波前端电路所不能测量的目标盲区，进而可以提高车辆整体的安全性能。使用无线通信电路实现雷达测距信息与汽车制动装置的无线互联，可以降低系统的复杂度。
附图说明
图1是本发明的结构原理框图。
图2是图1的中频放大电路原理框图。
图3是图1的信号处理电路原理框图。
图中，1、超声波测距电路，2、毫米波前端电路，3、三角波发生电路，4、中频放大电路，5、信号处理电路，6、显示报警电路，7、无线通信电路，8、电源模块，41、中频输入，42、线性网络，421、低噪声放大器，422、高通滤波器，43、自动增益控制放大电路，431、第一级增益可调放大器，432、第二级增益可调放大器，433、增益控制电路，44、中频输出，51、模数转换电路，52、存储电路，53、JTAG接口电路，54、SystemACE配置电路，55、以太网通信电路，56、串口通信电路，57、FPGA电路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本发明包括超声波测距电路1，毫米波前端电路2，三角波发生电路3，中频放大电路4，信号处理电路5，显示报警电路6，无线通信电路7和电源模块8；超声波测距电路1的输出接信号处理电路5，信号处理电路5的一路输出接三角波发生电路3，三角波发生电路3的输出接毫米波前端电路2的输入端，毫米波前端电路2输出接中频放大电路4的输入端，中频放大电路4的输出接信号处理电路5，信号处理电路5的另一路输出接显示报警电路6和无线通信电路7，电源模块8给装置供电。
在使用毫米波前端电路2通过线性调频方式进行测距测速时，信号处理电路5首先输出控制信号给三角波发生电路3，控制三角波发生电路3的波形，用作毫米波前端电路2的调频信号，毫米波前端电路2的输出信号包含了目标的距离和速度信息，信号处理电路5对该信号进行处理，可以获得非盲区的目标距离和速度。在盲区中的目标，使用超声波测距电路1进行测量，测量后获取的目标距离信息送入信号处理电路5。信号处理电路5综合毫米波前端电路2得到的信息和超声波测距电路1得到的信息，存在危险情况时通过显示报警电路6进行报警提示，并通过无线通信电路7将目标情况传输给制动系统。
对车辆前方障碍物目标进行测距测速主要使用毫米波前端电路通过线性调频的方式实现，在毫米波前端电路的测量盲区，使用超声波测距电路进行测量。
图1中的毫米波前端电路2可以使用成型的毫米波前端电路模块，如德国Innosent公司的K波段前端电路IVS系列，也可以使用毫米波VCO、耦合器、混频器、天线自行设计，如VCO可以采用Quinstar公司的QTV-0G170V(中心频率60GHz，输出功率大于85mW，带宽900MHz)，耦合器采用上海亚联微波有限公司的10dB定向耦合器DCG-15-10C，混频器采用Quinstar公司的QMB-0G0GMB(射频频率范围58-62GHz，中心频率60GHz，中频输出范围0-5GHz，典型混频损耗小于6dB)，天线使用上海亚联微波的喇叭口天线。
图1中的超声波测距电路1可以使用成型的超声波测距模块(如中鸣数码科技有限公司的超声测距模块V0.9)，也可以使用超声波传感器配合单片机自行设计电路，设计时预留与信号处理电路的接口。
图1中三角波发生器3由信号处理电路5进行控制，信号处理电路5根据需要输出数字信号控制Analog的数模转换芯片AD5445输出模拟信号获得所需的三角波。使用信号处理电路5配合数模转换芯片产生三角波，可以使得三角波的产生可以对毫米波前端电路的非线性进行校正，提高系统线性度和雷达整机性能。
图1中的中频放大电路4的结构如图2所示，中频放大电路4由线性网络42和自动增益控制放大电路43两部分组成，首先把毫米波前端电路2的输出信号输入线性网络42，再经过自动增益控制放大电路43进行放大，以获得幅度稳定的中频信号。线性网络42包含低噪声放大器421和高通滤波器422，其中低噪声放大器采用Analog公司的AD795配合外围电路构建，低噪声放大器可以获得固定的20dB的增益；高通滤波器使用电容、电感设计的9阶椭圆滤波器构建，通带可以根据需求自行设计滤波器参数获得。自动增益控制放大电路43包含第一级增益可调放大器431、第二级增益可调放大器432和增益控制电路433，两级增益可调电路采用两块Analog公司的增益可调放大器芯片AD8369配合外围电路构建，每级具有独立可控的45dB增益，增益控制电路433由信号处理电路根据获得的信号强度进行反馈控制。
图1中信号处理电路5结构如图3所示。首先中频输出44经过模数转换电路51将模拟信号转换成数字信号，由FPGA电路57进行对探测目标的距离和速度计算，判断是否可能存在碰撞危险，由显示报警电路6进行相应的声光显示和报警，并通过无线通信电路将目标信息发送至制动系统。数模转换电路51可以选用Analog公司的AD9220配合外围电路构建。JTAG接口电路53用于下载和在线调试，SystemACE配置电路54用来对FPGA进行灵活、高效的配置，以太网通信电路55提供系统与外部PC机之间的以太网高速数据传输，串口通信电路56用于系统和外部PC机的串行通信，存储电路52使用两块Cypress Semiconductor的CY7C1370D芯片，提供36Mbit的SRAM，用于存放各种数据。
图1中的无线通信电路7可以使用433MHz ISM频段芯片nRF401配合外围电路构成，最高工作速率20kbps，最高发射功率10dBm，可用于与汽车制动装置进行无线互联。
图1中的电源模块8提供各种芯片所需的+15V，-15V，+12V，-12V，+8V，+5V，+3.3V，+2.5V，+1.8V，+1.2V不同电压。
Claims (6)
1.一种超声波与毫米波联合测量的无盲区汽车防撞雷达装置，其特征在于：包括超声波测距电路(1)，毫米波前端电路(2)，三角波发生电路(3)，中频放大电路(4)，信号处理电路(5)，显示报警电路(6)，无线通信电路(7)和电源模块(8)；超声波测距电路(1)的输出接信号处理电路(5)，信号处理电路(5)的一路输出接三角波发生电路(3)，三角波发生电路(3)的输出接毫米波前端电路(2)的输入端，毫米波前端电路(2)输出接中频放大电路(4)的输入端，中频放大电路(4)的输出接信号处理电路(5)，信号处理电路(5)的另一路输出接显示报警电路(6)和无线通信电路(7)，电源模块(8)给装置供电。
2.根据权利要求1一种超声波与毫米波联合测量的无盲区汽车防撞雷达装置，其特征在于：所述超声波测距电路(1)使用压电式超声波发生器和接收器，测量汽车前方10米以内的障碍物的距离，并将距离信息送入信号处理电路(5)。
3.根据权利要求1一种超声波与毫米波联合测量的无盲区汽车防撞雷达装置，其特征在于：所述的中频放大电路(4)：包括由低噪声放大器(421)和高通滤波器(422)组成的线性网络(42)，包括由第一级增益可调放大器(431)、第二级增益可调放大器(432)和增益控制电路(433)组成自动增益控制放大电路(43)；把毫米波前端电路(2)的输出信号输入线性网络(42)，再经过自动增益控制放大电路(43)进行放大，以获得幅度稳定的中频信号输出到信号处理电路(5)。
4.根据权利要求1一种超声波与毫米波联合测量的无盲区汽车防撞雷达装置，其特征在于：所述的信号处理电路(5)以Xilinx公司的Virtex-II Pro系列高性能FPGA芯片XC2VP70(57)为核心，分别与外围电路的模数转换电路(51)，串行通信电路(56)，10M/100M以太网通信电路(55)，存储电路(52)，SystemACE配置电路(54)，JTAG接口电路(53)连接。
5.根据权利要求1一种超声波与毫米波联合测量的无盲区汽车防撞雷达装置，其特征在于：所述无线通信电路(7)使用433MHz ISM频段芯片nRF401配合外围电路构成，最高工作速率20kbps，最高发射功率10dBm，用于与汽车制动装置进行无线互联。
6.根据权利要求1一种超声波与毫米波联合测量的无盲区汽车防撞雷达装置，其特征在于：所述的电源模块(8)为单一正电压输入，输入范围为10V至18V宽电压，可以使用汽车电平供电，输出提供+15V，-15V，+12V，-12V，+8V，+5V，+3.3V，+2.5V，+1.8V，+1.2V的不同等级的电压。
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