CN108614267A - 一种基于77GHz毫米波技术的防撞雷达设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于77GHz毫米波技术的防撞雷达设计方法，包括以下步骤，通过雷达发射机产生线性调频连续波信号，并将其调制到77GHz毫米波射频频段，将时间线性调频连续波信号通过雷达发射天线辐射到空间中，成为在空间传播的电磁波信号，当电磁波信号遇到物体时，部分能量发生反射，被雷达接收天线接收，成为雷达接收信号并输出到雷达接收机。本发明提出的防撞雷达设计方法可以根据目标出现时长、目标面积大小、置信度、X方向距离、Y方向距离、纵向速度、横向速度、目标类型等参数设置过滤规则，同样可以多条规则组合使用，可实现在农业，矿业，交通等自动化生产中对行人、车辆、动物等的检测告警和规避。

Description

一种基于77GHz毫米波技术的防撞雷达设计方法

技术领域

本发明涉及防撞雷达技术领域，尤其涉及一种基于77GHz毫米波技术的防撞雷达设计方法。

背景技术

毫米波雷达广泛应用于超高速短距离通信、长距离星际通信、精密跟踪、空间成像、弹道测量、导弹制导、汽车、船舶、飞机等动力系统防撞，无人机、反恐安检、毫米波医学治疗等领域。该产业的发展将促进我国军事和民用工业的发展。目前，国内外毫米波雷达以24GHz(MRR短中距离雷达)和77GHz(LRR长距离雷达)为主流。

当前在我国的实际情况是：24GHz毫米波雷达仍然是主流。这与我国进入毫米波雷达产业较晚，77GHz产品技术难以突破。77Ghz毫米波雷达的核心技术掌握在博世、德尔福、奥托立夫、大陆等跨国巨头手里，其产品不单独向中国销售，只为提供全套系统，价格相当昂贵。而且，整套系统中也不会配备最新一代的77GHz产品。就连进口汽车上采用的77Ghz毫米波雷达，也是国外早前几代的产品。

发明内容

基于针对国内汽车77GHz毫米波雷达模组处于空白期，本发明提出了一种基于77GHz毫米波技术的防撞雷达设计方法。

本发明提出的一种基于77GHz毫米波技术的防撞雷达设计方法，包括以下步骤：

S1：通过雷达发射机产生线性调频连续波信号，并将其调制到77GHz毫米波射频频段；

S2：将时间线性调频连续波信号通过雷达发射天线辐射到空间中，成为在空间传播的电磁波信号，当电磁波信号遇到物体时，部分能量发生反射，被雷达接收天线接收，成为雷达接收信号并输出到雷达接收机；

S3：雷达接收机将雷达接收信号与雷达发射信号进行混频、滤波后，得到差拍信号；

S4：对差拍信号进行二维FFT处理，可以得到距离和速度的二维图像，通过采用恒虚警检测算法，可以实现对目标的二维检测，及目标距离和速度参数的精确测量。

优选地，所述S1中雷达发射机输出的雷达发射信号f_t(t)的数学表达式为：其中A₀为雷达发射信号的峰值幅度。f₀为载频，即77GHz。为调频斜率，B为调频带宽，T为调频信号持续时间，D＝BT为线性调频信号的时宽带宽积,为信号的初始相位。

优选地，所述S2中雷达接收信号f_r(t)的数学表达式为：其中，K_r是目标反射系数，与目标的距离、反射截面积等因素有关，τ(t)是电磁波在雷达与目标之间来回传输的时间，其数学表达式为：其中，R₀为雷达与目标之间的初始距离，v为目标与雷达的相对速度，c为光速。

优选地，所述S3中差拍信号的数学表达式为：

优选地，所述S4中差拍信号的数学表达式为：

将τ(t)代入，得到差拍信号的数学表达式为：

由此可知，差拍信号为线性调频信号：

其中f_d为信号载频，μ_d为调频斜率，为初始相位，其数学表达式分别为：

考虑到光速很大，上述数学表达式可简化为：

本发明的有益效果为：本发明提出的防撞雷达设计方法可以根据目标出现时长、目标面积大小、置信度、X方向距离、Y方向距离、纵向速度、横向速度、目标类型等参数设置过滤规则，同样可以多条规则组合使用，可实现在农业，矿业，交通等自动化生产中对行人、车辆、动物等的检测告警和规避。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于77GHz毫米波技术的防撞雷达设计方法的防撞雷达组成结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例，参照图1，一种基于77GHz毫米波技术的防撞雷达设计方法，以典型汽车RCS为案例，按1m²计算；

雷达的距离分辨力为：

其中Δt＝1/BW，BW为信号带宽，根据系统设计为250MHz,因此距离分辨力为：0.6m，满足多目标分辨能力。

FMCW系统的射频调制带宽直接影响系统的极限距离分辨力以及距离单元内的差频频率。

当调频带宽设为250MHz，调制周期为1ms时，目标距离与差频频率见下表：

接收机中频带宽不超过600KHz。

雷达作用距离按下式计算：

其中，Pt为发射峰值功率；G为天线增益；λ为雷达工作波长；t为目标平均雷达截面积；Nfft为FFT点数；K为波尔兹曼常数，K＝1.3810-23J/K；T0为接收机噪声温度，T0＝290K；Bn为接收机等效噪声带宽；Fn为接收机噪声系数；L为系统损耗；L＝LR+LA/D+LD+LF+LS+LFFT+LT+LS＝7.5dBLR为接收机失配损失，LR＝1dB；LA/D为A/D采样损失，取LD＝1.5dB；LS为波束扫描损失，取LS＝0dB；LF为目标起伏损失，取LF＝1.5dB；LD为脉压损失，取LD＝1.3dB；LFFT为相干积累损失，取LFFT＝1.2dB；LT为恒虚警门限损失，取LT＝1dB；(S/N)min为信号处理判决所需的信噪比，取(S/N)min＝14.5dB。

如下表探测距离分解表所示：

调频连续波雷达测量目标的距离，应使发射信号的调制周期TM要大于最大探测距离时的雷达回波延迟时间，这样才能消除测距模糊，即：而且只有尽量减小由于延迟时间带来的不规则区间,才能减小或消除差频信号的许多谐波分量和离散频谱,使其在任一距离均为单一差频频率。一般要求T_M≥20τ_max，本防撞雷达的最大探测距离考虑为350m，对应τ_max＝2.3μs，因此T_M应大于46μs。考虑FFT时间，可设置T_M为1ms。

近距离为0.5米，对应差频频率为0.5KHz，为保证近距离盲区，需在中频处理上增加高通和低通滤波器组合，形成带通信号(0.5KHz～584KHz)，抑制非相关信号。7

根据探测范围从0.5米到150米计算，系统动态达到100dB以上，系统需进行动态压缩。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于77GHz毫米波技术的防撞雷达设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过雷达发射机产生线性调频连续波信号，并将其调制到77GHz毫米波射频频段；

S2：将时间线性调频连续波信号通过雷达发射天线辐射到空间中，成为在空间传播的电磁波信号，当电磁波信号遇到物体时，部分能量发生反射，被雷达接收天线接收，成为雷达接收信号并输出到雷达接收机；

S3：雷达接收机将雷达接收信号与雷达发射信号进行混频、滤波后，得到差拍信号；

S4：对差拍信号进行二维FFT处理，可以得到距离和速度的二维图像，通过采用恒虚警检测算法，可以实现对目标的二维检测，及目标距离和速度参数的精确测量。

2.根据权利要求1所述的一种基于77GHz毫米波技术的防撞雷达设计方法，其特征在于，所述S1中雷达发射机输出的雷达发射信号f_t(t)的数学表达式为：其中A₀为雷达发射信号的峰值幅度。f₀为载频，即77GHz。为调频斜率，B为调频带宽，T为调频信号持续时间，D＝BT为线性调频信号的时宽带宽积,为信号的初始相位。

3.根据权利要求1所述的一种基于77GHz毫米波技术的防撞雷达设计方法，其特征在于，所述S2中雷达接收信号f_r(t)的数学表达式为：其中，K_r是目标反射系数，与目标的距离、反射截面积等因素有关，τ(t)是电磁波在雷达与目标之间来回传输的时间，其数学表达式为：其中，R₀为雷达与目标之间的初始距离，v为目标与雷达的相对速度，c为光速。

4.根据权利要求1所述的一种基于77GHz毫米波技术的防撞雷达设计方法，其特征在于，所述S3中差拍信号的数学表达式为且S4中将τ(t)代入，得到差拍信号的数学表达式为：

由此可知，差拍信号为线性调频信号：

其中f_d为信号载频，μ_d为调频斜率，为初始相位，其数学表达式分别为：

考虑到光速很大，上述数学表达式可简化为：