CN105005049A - 基于微波探测技术的车载防撞报警器及车距测量示警方法 - Google Patents

基于微波探测技术的车载防撞报警器及车距测量示警方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种基于微波探测技术的车载防撞报警器，其特征在于：包括微波雷达，响应探测区域内的静止或运动目标而产生对应的目标信号，该目标信号携带有静止或运动目标的方向和距离信息；信号处理模块，与所述微波雷达相连接以获取所述目标信号，并按预设逻辑对所述目标信号进行分析处理，而产生相应的报警控制信号；所述预设逻辑包括静止或运动目标相对微波雷达的距离、角度和对应的危险等级之关系；以及报警输出模块，与所述信号处理模块相连接，并根据所述报警控制信号执行对应的报警动作；本发明还提出该车载防撞报警器应用的车距测量示警方法。本发明通过微波探测手段来解决现有防撞报警产品存在抗干扰能力弱、实用性低的问题。

Description

基于微波探测技术的车载防撞报警器及车距测量示警方法
技术领域
本发明涉及物间距离探测技术，具体涉及一种基于微波探测技术的车载防撞报警器及车距测量示警方法。
背景技术
车载防撞报警器，是指根据目标的距离及角度所处的危险等级，做出相应的警报动作，以防止危险情况发生。此应用于车辆防撞领域，是一种车辆的防撞预警手段。
目前，大多数车载防撞报警器均无检测角度功能，且均利用声光原理的探测技术，通过发射激光、红外或超声波的方式进行目标探测，接收监控目标反射的信号，根据发射与接收的时间差来推算目标距离，进行相应报警。研究与实践经验所得，激光、红外或超声波探测手段容易受到天气、光线、温度及监控目标表面结构等因素的影响，抗干扰能力弱，故导致防撞报警器的探测精度不高，大大地降低了产品的实用性。
发明内容
针对背景技术中所提及的问题，本发明提出一种基于微波探测技术的车载防撞报警器及车距测量示警方法，通过微波探测手段来解决现有防撞报警产品存在抗干扰能力弱、实用性低的问题，其技术方案如下：
本发明之基于微波探测技术的车载防撞报警器，包括
一微波雷达，响应探测区域内的静止或运动目标而产生对应的目标信号，该目标信号携带有静止或运动目标的方向和距离信息；
一信号处理模块，与所述微波雷达相连接以获取所述目标信号，并按预设逻辑对所述目标信号进行分析处理，而产生相应的报警控制信号；所述预设逻辑包括静止或运动目标相对微波雷达的距离、角度和对应的危险等级之关系；以及
一报警输出模块，与所述信号处理模块相连接，并根据所述报警控制信号执行对应的报警动作。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述报警输出模块包括蜂鸣器和\或LED指示器，以及分别驱动该蜂鸣器和\或LED指示器的电平触发器。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述信号处理模块包括DSP处理器，及与该DSP处理器连接的若干信号获取通道，各信号获取通道分别包括
一滤波器，与所述微波雷达相连接，用于对微波雷达输出的信号进行滤波处理，消除干扰和噪声；
一放大器，与所述滤波器相连接，用于对滤波后的信号进行放大处理；
一A/D转换器，与所述放大器相连接，用于对经放大处理的信号进行模数转换，以获得对应的数字信号；
所述DSP处理器获取A/D转换器产生的数字信号，并按预设逻辑对所述数字信号进行分析处理，而产生相应的报警控制信号。
于本发明的一个或多个实施例当中，所述信号处理模块具有第一信号获取通道、第二信号获取通道、第三信号获取通道和第四信号获取通道，分别对应微波雷达的各信号输出端，所述DSP处理器设有对应的各信号获取通道的输入端，且其还连接有一方向鉴别器，该方向鉴别器的两输入端分别连接至所述第一信号获取通道、第二信号获取通道的输出端。
本发明之基于微波探测技术的车距测量及示警方法，所需硬件组成包括微波雷达、信号处理模块和报警输出模块，具体步骤有
微波收发步骤：
所述微波雷达以调频连续波模式实时发射经调制的微波信号，以于车前形成一定的微波信号覆盖区域，该微波信号的调制信号为三角波调制信号；当区域内出现运动或者静止的目标时，微波信号被目标反射形成回波信号，所述微波雷达设置两根接收天线，对应接收两组回波信号，所述回波信号携带运动或者静止目标的方向和距离信息；
所述的两组回波信号分别与发射信号进行混频处理，输出两个同向信号I1、I2和两个正交信号Q1、Q2，这四个信号组成输出至后级模块的目标信号；其中，I1和Q1、I2和Q2分别为频率幅度相同、方向相差90度的中频差频信号；
目标方向的判断步骤：
所述信号处理模块通过对I1和Q1信号、或I2和Q2信号任意一组信号进行相位鉴别，得到所述组内两个信号的相位差；当目标靠近时组内的同向信号滞后于正交信号，而当目标远离时组内的同向信号超前于正交信号；
目标距离的计算步骤：
所述信号处理模块分别获取对所述I1和Q1信号、I2和Q2信号两组信号的上任一时间的信号，并对选择的信号进行FFT变换，将该数字信号从时域转化到频域，然后分析频域上该信号的频率普；包括
1）提取不少于2个频率峰值：Fdiff_up和Fdiff_down，Fdiff_up为三角调制信号的上升阶段的输出信号频率，Fdiff_down为三角调制信号的下降阶段的输出信号频率；
2）Fd为某一时刻回波信号与发射信号的频率差，即为该△t时间产生的一个差频信号；
3）Fdo为多普勒移频，这是由于反射运动目标产生的多普勒效应，在Y轴上产生一个多普勒频移；
  根据差频与距离R的关系:Fd=2*R*△f *T/C        （公式1）
  根据多普勒公式：Fdo=2f0*V *cosa/C，且认为目标与微波雷达几乎为同一水平上，即水平角度a=0，则：
  Fdo=2f0*V/C
  由于三角波调制信号上升阶段，时间延迟效应与多普勒效应相互抵消；三角波调制信号下降阶段，时间延迟效应与多普勒效应相互叠加，则：
  fdiff_up=|fdo-fd|                      （公式2）
  fdiff-_down=fdo+fd                         （公式3）
  公式3减去公式2得：
| fdiff_up - fdiff-_down |=2fd               （公式4）
  将公式4代入公式1可得距离公式：
R=（| fdiff_up - fdiff-_down |*C*T）/4△f
公式中，R为所述运动目标相对于所诉车载距离报警器的距离；C为光速，T为调制信号周期，△f为调频宽度；
目标位置的计算步骤：
由上述步骤分别获得回波信号对应的距离R1和R2，根据直角三角公式计算目标的位置；
示警步骤：
所述报警输出模块预先设定有目标的方向、水平距离、垂直距离与危险等级的逻辑对应关系，根据上述计算结果与该逻辑对应关系，作出相应的示警动作。
所述示警动作包括以声、光或电子屏幕显示符号的方式。
本发明与传统技术方案相比，其优越性体现在：通过微波探测手段对监控区域内的运动或静止目标进行实时探测，并能在雨天、雪天、夜晚和烈日等恶劣环境下使用，获得准确的运动或者静止目标距离和角度信息，且判断目标的危险等级及输出报警信息，提高了实用性。
附图说明
图1为本发明的车载防撞报警器的原理框架示意图。
图2为本发明的报警输出模块的原理框架示意图。
图3为本发明的信号处理模块的原理框架示意图。
图4为本发明的微波收发信号的波形示意图。
图5为本发明的车距计算示意图。
具体实施方式
如下结合附图，对本申请方案作进一步描述：
如图1-3所示，本发明之基于微波探测技术的车载防撞报警器，包括
一微波雷达10，响应探测区域内的静止或运动目标而产生对应的目标信号，该目标信号携带有静止或运动目标的方向和距离信息；具体实施之时，所述微波雷达具有一根发射天线和两根接收天线，发射天线和接收天线为平面微带结构，中心频率为77GH的频段；
一信号处理模块20，与所述微波雷达相连接以获取所述目标信号，并按预设逻辑对所述目标信号进行分析处理，而产生相应的报警控制信号；所述预设逻辑包括静止或运动目标相对微波雷达的距离、角度和对应的危险等级之关系；以及
一报警输出模块30，与所述信号处理模块相连接，并根据所述报警控制信号执行对应的报警动作。
所述报警输出模块30包括蜂鸣器301和LED指示器302，以及分别驱动该蜂鸣器301和LED指示器302的电平触发器303，所述电平触发器303是受控于信号处理模块20产生驱动所述蜂鸣器301和LED指示器302的电平信号。
所述信号处理模块20包括DSP处理器21，及与该DSP处理器连接的若干信号获取通道，各信号获取通道分别包括
一滤波器2201，与所述微波雷达10相连接，用于对微波雷达10输出的信号进行滤波处理，消除干扰和噪声；
一放大器2202，与所述滤波器2201相连接，用于对滤波后的信号进行放大处理；
一A/D转换器2203，与所述放大器2202相连接，用于对经放大处理的信号进行模数转换，以获得对应的数字信号；
所述DSP处理器21获取A/D转换器2203产生的数字信号，并按预设逻辑对所述数字信号进行分析处理，而产生相应的报警控制信号。
所述信号处理模块20具有第一信号获取通道221、第二信号获取通道222、第三信号获取通道223和第四信号获取通道224，分别对应微波雷达10的各信号输出端，所述DSP处理器21设有对应的各信号获取通道的输入端，且其还连接有一方向鉴别器23，该方向鉴别器23的两输入端分别连接至所述第一信号获取通道221、第二信号获取通道222的输出端，以获取两个信号的相位差。
如图4-5所示，本发明之种基于微波探测技术的车距测量及示警方法，所需硬件组成包括微波雷达10、信号处理模块20和报警输出模块30，具体步骤有
微波收发步骤：
所述微波雷达10以调频连续波模式实时发射经调制的微波信号，以于车前形成一定的微波信号覆盖区域，该微波信号的调制信号为三角波调制信号；当区域内出现运动或者静止的目标时，微波信号被目标反射形成回波信号，所述微波雷达设置两根接收天线，对应接收两组回波信号，所述回波信号携带运动或者静止目标的方向和距离信息；
所述的两组回波信号分别与发射信号进行混频处理，输出两个同向信号I1、I2和两个正交信号Q1、Q2，这四个信号组成输出至后级模块的目标信号；其中，I1和Q1、I2和Q2分别为频率幅度相同、方向相差90度的中频差频信号；
目标方向的判断步骤：
所述信号处理模块20通过对I1和Q1信号、或I2和Q2信号任意一组信号进行相位鉴别，得到所述组内两个信号的相位差；当目标靠近时组内的同向信号滞后于正交信号，而当目标远离时组内的同向信号超前于正交信号；
目标距离的计算步骤：
所述信号处理模块20分别获取对所述I1和Q1信号、I2和Q2信号两组信号的上任一时间的信号，并对选择的信号进行FFT变换，将该数字信号从时域转化到频域，然后分析频域上该信号的频率普；包括
1）提取不少于2个频率峰值：Fdiff_up和Fdiff_down，Fdiff_up为三角调制信号的上升阶段的输出信号频率，Fdiff_down为三角调制信号的下降阶段的输出信号频率；
2）Fd为某一时刻回波信号与发射信号的频率差，即为该△t时间产生的一个差频信号；
3）Fdo为多普勒移频，这是由于反射运动目标产生的多普勒效应，在Y轴上产生一个多普勒频移；
  根据差频与距离R的关系:Fd=2*R*△f *T/C        （公式1）
  根据多普勒公式：Fdo=2f0*V *cosa/C，且认为目标与微波雷达几乎为同一水平上，即水平角度a=0，则：
  Fdo=2f0*V/C
  由于三角波调制信号上升阶段，时间延迟效应与多普勒效应相互抵消；三角波调制信号下降阶段，时间延迟效应与多普勒效应相互叠加，则：
  fdiff_up=|fdo-fd|                      （公式2）
  fdiff-_down=fdo+fd                         （公式3）
  公式3减去公式2得：
| fdiff_up - fdiff-_down |=2fd               （公式4）
  将公式4代入公式1可得距离公式：
R=（| fdiff_up - fdiff-_down |*C*T）/4△f
公式中，R为所述运动目标相对于所诉车载距离报警器的距离；C为光速，T为调制信号周期，△f为调频宽度；
目标位置的计算步骤：
由上述步骤分别获得回波信号对应的距离R1和R2，根据直角三角公式计算目标的位置；具体计算过程如下：
如果R1>R2，根据直角三角形定理，计算出a,b
      R12+（D+a2）=b2
      R22+ a2=b2
如果R2>R1，根据直角三角形定理，计算出a,b
      R22+（D+a2）=b2
      R12+ a2=b2
角度取目标到两雷达天线的中点，再根据已算出的a,b值，可以得到以角度β的直角三角形的边长；角度β的邻边为水平距离，即D/2+a；角度β的对边为垂直距离，即b；
其中，R1和R2分别为运动目标到所述雷达探测器的两个接收天线的距离，D为两个接收天线之间的距离，a为最靠近运动目标接收天线的水平距离，b为运动目标到接收天线的垂直距离，β为运动目标到雷达探测器的方位角；
所述微波雷达装在汽车前车的中心位置，那么一根接收天线在汽车中心的左边，另一根在汽车中心的右边，那么如果R1>R2，目标在汽车的右边，反之在左边；如果R1=R2，目标在正前方。
示警步骤：
所述报警输出模块30预先设定有目标的方向、水平距离、垂直距离与危险等级的逻辑对应关系，根据上述计算结果与该逻辑对应关系，作出相应的示警动作。所述示警动作包括以声、光或电子屏幕显示符号的方式。
具体的目标的方向、水平距离、垂直距离与危险等级的逻辑对应关系如下表：
运动方向 水平距离 垂直距离 危险等级
远离所述车载防撞报警器 大于1.8米 任意 绿色
远离所述车载防撞报警器 小于等于1.8米 大于10米 绿色
远离所述车载防撞报警器 小于等于1.8米 大于5米小于等于10米 黄色
远离所述车载防撞报警器 小于等于1.8米 小于等于5米 红色
靠近所述车载防撞报警器 大于1.8米 任意 绿色
靠近所述车载防撞报警器 小于等于1.8米 大于30米 绿色
靠近所述车载防撞报警器 小于等于1.8米 大于10米小于等于30米 黄色
靠近所述车载防撞报警器 小于等于1.8米 大于5米小于等于10米 黄色+声音提醒
靠近所述车载防撞报警器 小于等于1.8米 小于等于5米 红色+声音提醒
上表中，危险等级从高到低的排列顺序为红色+声音提醒、红色、黄色+声音提醒、黄色、绿色。
例如，一个车道的宽度大概3.75米，所述微波雷达安装在汽车前车的中央位置，即一个车道的一半，为1.875米，故取1.8米作为水平距离的检测临界点，再根据所述运动目标的垂直距离来判断运动目标的危险等级，输出相应的报警信息。
上述优选实施方式应视为本申请方案实施方式的举例说明，凡与本申请方案雷同、近似或以此为基础作出的技术推演、替换、改进等，均应视为本专利的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于微波探测技术的车载防撞报警器，其特征在于：包括
一微波雷达，响应探测区域内的静止或运动目标而产生对应的目标信号，该目标信号携带有静止或运动目标的方向和距离信息；
一信号处理模块，与所述微波雷达相连接以获取所述目标信号，并按预设逻辑对所述目标信号进行分析处理，而产生相应的报警控制信号；所述预设逻辑包括静止或运动目标相对微波雷达的距离、角度和对应的危险等级之关系；以及
一报警输出模块，与所述信号处理模块相连接，并根据所述报警控制信号执行对应的报警动作。
2.根据权利要求1所述的基于微波探测技术的车载防撞报警器，其特征在于：所述报警输出模块包括蜂鸣器和\或LED指示器，以及分别驱动该蜂鸣器和\或LED指示器的电平触发器。
3.根据权利要求1所述的基于微波探测技术的车载防撞报警器，其特征在于：所述信号处理模块包括DSP处理器，及与该DSP处理器连接的若干信号获取通道，各信号获取通道分别包括
一滤波器，与所述微波雷达相连接，用于对微波雷达输出的信号进行滤波处理，消除干扰和噪声；
一放大器，与所述滤波器相连接，用于对滤波后的信号进行放大处理；
一A/D转换器，与所述放大器相连接，用于对经放大处理的信号进行模数转换，以获得对应的数字信号；
所述DSP处理器获取A/D转换器产生的数字信号，并按预设逻辑对所述数字信号进行分析处理，而产生相应的报警控制信号。
4.根据权利要求3所述的基于微波探测技术的车载防撞报警器，其特征在于：所述信号处理模块具有第一信号获取通道、第二信号获取通道、第三信号获取通道和第四信号获取通道，分别对应微波雷达的各信号输出端，所述DSP处理器设有对应的各信号获取通道的输入端，且其还连接有一方向鉴别器，该方向鉴别器的两输入端分别连接至所述第一信号获取通道、第二信号获取通道的输出端。
5.一种基于微波探测技术的车距测量及示警方法，所需硬件组成包括微波雷达、信号处理模块和报警输出模块，具体步骤有
微波收发步骤：
所述微波雷达以调频连续波模式实时发射经调制的微波信号，以于车前形成一定的微波信号覆盖区域，该微波信号的调制信号为三角波调制信号；当区域内出现运动或者静止的目标时，微波信号被目标反射形成回波信号，所述微波雷达设置两根接收天线，对应接收两组回波信号，所述回波信号携带运动或者静止目标的方向和距离信息；
所述的两组回波信号分别与发射信号进行混频处理，输出两个同向信号I1、I2和两个正交信号Q1、Q2，这四个信号组成输出至后级模块的目标信号；其中，I1和Q1、I2和Q2分别为频率幅度相同、方向相差90度的中频差频信号；
目标方向的判断步骤：
所述信号处理模块通过对I1和Q1信号、或I2和Q2信号任意一组信号进行相位鉴别，得到所述组内两个信号的相位差；当目标靠近时组内的同向信号滞后于正交信号，而当目标远离时组内的同向信号超前于正交信号；
目标距离的计算步骤：
所述信号处理模块分别获取对所述I1和Q1信号、I2和Q2信号两组信号的上任一时间的信号，并对选择的信号进行FFT变换，将该数字信号从时域转化到频域，然后分析频域上该信号的频率普；包括
1）提取不少于2个频率峰值：Fdiff_up和Fdiff_down，Fdiff_up为三角调制信号的上升阶段的输出信号频率，Fdiff_down为三角调制信号的下降阶段的输出信号频率；
2）Fd为某一时刻回波信号与发射信号的频率差，即为该△t时间产生的一个差频信号；
3）Fdo为多普勒移频，这是由于反射运动目标产生的多普勒效应，在Y轴上产生一个多普勒频移；
  根据差频与距离R的关系:Fd=2*R*△f *T/C        （公式1）
    根据多普勒公式：Fdo=2f0*V *cosa/C，且认为目标与微波雷达几乎为同一水平上，即水平角度a=0，则：
  Fdo=2f0*V/C
    由于三角波调制信号上升阶段，时间延迟效应与多普勒效应相互抵消；三角波调制信号下降阶段，时间延迟效应与多普勒效应相互叠加，则：
    fdiff_up=|fdo-fd|                           （公式2）
    fdiff-_down=fdo+fd                         （公式3）
  公式3减去公式2得：
| fdiff_up - fdiff-_down |=2fd                  （公式4）
  将公式4代入公式1可得距离公式：
R=（| fdiff_up - fdiff-_down |*C*T）/4△f
公式中，R为所述运动目标相对于所诉车载距离报警器的距离；C为光速，T为调制信号周期，△f为调频宽度；
目标位置的计算步骤：
由上述步骤分别获得回波信号对应的距离R1和R2，根据直角三角公式计算目标的位置；
示警步骤：
所述报警输出模块预先设定有目标的方向、水平距离、垂直距离与危险等级的逻辑对应关系，根据上述计算结果与该逻辑对应关系，作出相应的示警动作。
6.根据权利要求5所述的基于微波探测技术的车距测量及示警方法，其特征在于：所述示警动作包括以声、光或电子屏幕显示符号的方式。
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