CN110824476A - 一种探测范围动态可调的汽车探测方法及雷达系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种探测范围动态可调汽车探测方法，包括以下步骤：启动探测雷达；选择探测模式后发射探测信号；获取探测结果。所述探测模式包括远距离探测模式和近距离探测模式。近距离探测模式发射的信号向四周扩散，探测距离较短但探测范围广，适合在汽车低速时探测汽车周围的路况；远距离探测模式发射的信号为天线面向的方向，探测距离较远但是探测范围窄，适合在汽车高速时探测汽车前方的路况。还公开了一种雷达系统，该系统实现上述方法；还本发明提供的方法及雷达系统能够根据汽车行驶的路况调整雷达的参数以实现调节汽车的探测范围，提高探测系统的可靠性。

Description

一种探测范围动态可调的汽车探测方法及雷达系统
技术领域
本发明涉及汽车辅助驾驶方法、装置领域，尤其涉及一种基于探测范围动态可调汽车探测方法及雷达系统。
背景技术
道路交通的发展和进步给人类带来无数的生活便利、经济效益以及社会的繁荣。但同时随着我国汽车保有量的增加，交通事故的频繁发生对于人们来讲是致命的威胁，交通事故已经被誉为当今社会的一大公害。交通事故具有随机性质，因此，需要每一位行驶在交通道路上的人高度注意交通的情况。但是人们面对突发事件来做出反应是需要一定的反应时间的，每个人的反应时间不同，因而在面对道路上发生的各种状况，驾驶员反应不及时是在所难免的事情。由此，主动安全系统应运而生。
主动安全系统是包括ABS、ESP等电子设备的安全系统，最典型的是主动刹车系统。最初的主动刹车系统是采用摄像头或激光雷达系统监视交通状况，当车辆达到一定的速度时开启，当车辆前方出现障碍物或者前车刹车、停车时，车辆自动刹车。
目前的摄像头或激光雷达系统无法保持全天候的高性能的工作。在夜晚或者恶劣天气的情况下，摄像头或激光雷达系统的监视距离则变得更短，这个时候如果车辆行驶在高速公路上，摄像头或激光雷达系统的探测距离无法满足自适应巡航和主动刹车系统的要求。
发明内容
为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种探测范围动态可调汽车探测方法及雷达系统；使用本发明提供的方法及雷达系统，通过调整该雷达的参数可实现调节汽车的探测范围，以提高汽车的雷达探测系统不同路况下的可靠性。
为了达到上述技术效果，本发明提供一种探测范围动态可调汽车探测方法，包括以下步骤：
S1：启动探测雷达；
S2：选择探测模式，
S3：设置所述探测雷达的信号参数；所述信号参数包括所述探测雷达的工作频率范围和发出的探测信号的波形斜率、周期、发射速率和发射通道。
S4：发射信号并计算探测结果。
作为本发明上述的一种探测范围动态可调汽车探测方法的改进，该方法还包括在步骤S2中：所述探测模式包括近距离探测模式和远距离探测模式。
作为本发明上述的一种探测范围动态可调汽车探测方法的进一步改进，该方法还包括，所述探测信号为调制信号；
当所述雷达的探测模式为近距离探测模式时，工作频率范围为76.25GHz～76.45GHz；所述雷达发射近距离探测信号；
当所述雷达的探测模式为远距离探测模式时，工作频率的范围为76.2GHz～76.3GHz；所述雷达发射远距离探测信号。
作为本发明上述的一种探测范围动态可调汽车探测方法的更进一步改进，该方法还包括，所述近距离探测信号在波形图中的波形斜率为200MHz/12.8μs，调制周期为15.6μs，发射通道为两路线阵天线，任一所述线阵天线的发射速率为128个调制连续波/帧，每帧的时长为50ms。
作为本发明上述的一种探测范围动态可调汽车探测方法的另一种改进，该方法还包括，所述远距离探测信号在波形图中的波形斜率为100MHz/12.8μs，调制周期为15.6μs，发射通道为一路面阵天线，发射速率为256个调制连续波/帧，每帧50ms。
作为本发明上述的一种探测范围动态可调汽车探测方法的另一种改进，该方法还包括，在步骤S3中：所述获取探测结果包括计算所述探测雷达与探测目标的距离和相对速度。
作为本发明上述的一种探测范围动态可调汽车探测方法的进一步改进，该方法还包括，上述计算所述探测雷达与探测目标的距离包括获取所述探测信号从发出到接收所经历的时间，进而利用速度、时间与距离之间的关系计算出所述探测雷达与探测目标的距离。
作为本发明上述的一种探测范围动态可调汽车探测方法的进一步改进，该方法还包括，上述计算所述探测雷达与探测目标的相对速度包括根据回波的多普勒频移，计算出所述探测雷达与探测目标的相对速度。
作为本发明上述的一种探测范围动态可调的汽车探测方法的进一步改进，该方法还包括计算探测雷达与探测目标的角度，具体包括根据回波在不同接收天线通道的相位差计算出所述探测雷达与探测目标的相对角度。
为了达到上述技术效果，本发明还提供了一种探测范围动态可调汽车雷达系统，包括SOC模块；所述SOC模块连接CAN通讯模块和射频模块；所述射频模块还与天线模块连接；所述CAN通讯模块连接汽车的行车电脑；其特征在于，所述天线模块包括发射天线和接收天线。
作为本发明上述的一种探测范围动态可调汽车雷达系统的改进，所述发射天线包括一路面阵天线以及两路线阵天线。
作为本发明上述的一种探测范围动态可调汽车雷达系统的改进，所述射频模块包括发射链路和接收链路；所述发射链路包括依次连接的信号发生器、本振模块、三倍频模块、功率放大器；所述信号发生器还连接所述SOC模块；所述功率放大器还连接所述发射天线；所述三倍频模块和功率放大器之间设有开关。
作为本发明上述的一种探测范围动态可调汽车雷达系统的改进，所述接收链路包括依次连接的低噪声放大器、混频器、高通滤波器、可编程增益放大器、低通滤波器、模数转换器；所述低噪声放大器还连接所述接收天线；所述模数转换器还连接所述SOC模块；所述混频器还与所述三倍频模块连接。
近距离探测信号的发射通道为线阵天线，线阵天线发射的信号向四周扩散，探测距离较短但探测范围广，适合在汽车低速时探测汽车周围的路况；所述远距离探测信号的发射通道为面阵天线；面阵天线发射的信号为天线面向的方向，探测距离较远但是探测范围窄，适合在汽车高速时探测汽车前方的路况。
本发明所提供的一种探测范围动态可调汽车探测方法及雷达系统；通过使用本发明提供的雷达并调整该雷达的参数以实现调节汽车的探测范围，提高了汽车的雷达探测系统不同路况下的可靠性。
结合附图阅读本发明实施方式的详细描述后，本发明的特点和优点将变得更加清楚。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种探测范围动态可调汽车探测方法的流程图。
图2是本发明实施例提供的雷达系统连接示意图；
图3是本发明实施例提供的射频模块的元器件连接示意图；
图4是本发明实施例提供的发射天线的布阵图；
图5是本发明实施例提供的接收天线的布阵图；
图6是本发明实施例提供的探测系统在近距离探测模式下的探测范围示意图；
图7是本发明实施例提供的探测系统在远距离探测模式下的探测范围示意图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种探测范围动态可调汽车探测方法以及使用该方法的系统。如图1是本发明实施例提供的一种探测范围动态可调汽车探测方法的流程图，包括步骤S～S3：
S1：启动探测雷达；在本发明实施例的一种探测范围动态可调汽车雷达系统使用探测雷达的是毫米波雷达；汽车启动后，汽车的主动安全系统启动探测雷达。
S2：选择探测模式后发射探测信号；具体的，本发明实施例的一种探测范围动态可调汽车雷达系统包括远距离探测模式和近距离探测模式。具体的，雷达发出的探测信号为调制信号，选择探测模式为设置雷达的工作频率范围和探测信号的波形斜率、周期、发射速率和发射通道。其中：
雷达处于近距离探测模式时的工作频率范围为76.25GHz～76.45GHz，近距离探测信号在波形图中的波形斜率为200MHz/12.8μs，调制周期为15.6μs，发射通道为两路线阵天线，每一线阵天线的发射速率为128个调制连续波/帧，每帧的时长为50ms。
雷达处于远距离探测模式时的工作频率范围为76.2GHz～76.3GHz，远距离探测信号在波形图中的波形斜率为100MHz/12.8μs，调制周期为15.6μs，发射通道为一路面阵天线，发射速率为256个调制连续波/帧，每帧50ms。
具体的，近距离探测信号的发射通道为线阵天线，远距离探测信号的发射通道为面阵天线。
S3：获取探测结果；具体包括计算探测雷达与探测目标的距离和相对速度。
具体的，计算探测雷达与探测目标的距离包括获取探测信号从发出到接受所经历的时间，记作t；利用速度v、时间t与距离s之间的关系计算出探测雷达与探测目标的距离s＝vt/2；其中，电磁波传播的速度为光速，记作c，即雷达与探测目标的距离为s＝ct/2。
具体的，计算探测雷达与探测目标的相对速度包括根据回波的多普勒频移，计算出探测雷达与探测目标的相对速度。具体的，将发射信号与接收信号做混频，得到信号的频移，记作fd；根据多普勒频移fd、相对速度v1和波长λ的关系，即fd＝2v1/λ；可计算器相对速度v1＝λfd/2；其中波长λ＝c/f，f为探测信号的预设频率。
在本发明实施例所提供的探测方法还包括计算探测雷达与探测目标的角度，具体包括根据回波在不同接收天线通道的相位差计算出所述探测雷达与探测目标的相对角度。
本发明实施例的一种探测范围动态可调汽车雷达系统，包括以下模块：
SOC模块：本模块包括DSP部分和MCU部分，DSP部分负责数据处理和算法运算；MCU部分负责电源管理以及雷达通讯。
CAN通讯模块：本模块是雷达与行车电脑系统的通讯通道，雷达通过CAN总线接收行车电脑系统所发送的信息，以及反馈雷达探测到的数据信息。
射频模块：本模块采用高集成的IC芯片，包括发射链路和接收链路，还内置低频放大电路即模拟转数字电路。发射链路是将26GHz左右的射频调制成信号，再经过低频放大电路，功率放大电路到达天线模块。具体的，该低频放大电路为三倍频电路。
接收链路负责接收发射链路发射出去的经过探测目标的反射过后的射频信号；然后将发射出的射频信号和接收的射频信号进行混频，得到上述多普勒频移；然后经过放大电路和数模转换电路转成数字信号，并反馈给SOC模块。
如图3所示，发射链路包括依次连接的信号发生器SG、本振模块LO、三倍频模块X3、功率放大器PA；信号发生器SG连接SOC模块；功率放大器PA还连接发射天线；三倍频模块X3和功率放大器SG之间设有开关SW。接收链路包括依次连接的低噪声放大器LNA、混频器MIX、高通滤波器HP、可编程增益放大器PGA、低通滤波器LP、模数转换器ADC；低噪声放大器LNA还连接接收天线；模数转换器ADC还连接SOC模块；混频器MIX还与所述三倍频模块X3连接，混频器MIX与三倍频模块X3之间设有功率放大器PA。
示例性的，上述所使用的英文字母仅用做元器件的代号，不代表元器件的实际名称。
天线模块：天线模块包括发射天线和接收天线；如图4或5所示，具体包括三路发射天线和四路接收天线。三路发射天线包括一路面阵天线，记作TX1；和两路线阵天线，分别记作TX2和TX3。天线TX2和TX3之间的距离为4d；具体的，d等于半倍波长，即λ/2。四路接收天线均为线阵天线，依次记作RX1～RX4。具体的，RX1和RX2之间的距离为d；RX2和RX3之间的距离为3d；RX3和RX4之间的距离为2d。
接收天线的不等间距布阵方式实现了在相同通道的情况下提高天线的口径，进而提高雷达探测的目标角度分辨能力。
电源模块：本模块用于给雷达的各个模块进行供电，将车辆输入的电池电压转换成雷达内各个模块所需要的电压。
近距离探测模式下的探测范围如图6所示；近距离探测信号的发射通道为线阵天线，线阵天线发射的信号向四周扩散，探测距离较短但探测范围广，适合在汽车低速时探测汽车周围的路况。
远距离探测模式下的探测范围如图7所示；远距离探测信号的发射通道为面阵天线；面阵天线发射的信号为天线面向的方向，探测距离较远但是探测范围窄，适合在汽车高速时探测汽车前方的路况。
本发明实施例所提供的一种探测范围动态可调汽车探测方法及雷达系统；通过使用本发明提供的雷达并调整该雷达的参数即可实现调节汽车的探测范围，提高了汽车探测系统的可靠性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种探测范围动态可调汽车探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：启动探测雷达；
S2：选择探测模式，
S3：设置所述探测雷达的信号参数；所述信号参数包括所述探测雷达的工作频率范围和发出的探测信号的波形斜率、周期、发射速率和发射通道。
S4：发射信号并计算探测结果。
2.根据权利要求1所述的一种探测范围动态可调汽车探测方法，其特征在于，在步骤S2中：所述探测模式包括近距离探测模式和远距离探测模式。
3.根据权利要求2所述的一种探测范围动态可调汽车探测方法，其特征在于，所述探测信号为调制信号；
当所述雷达的探测模式为近距离探测模式时，工作频率范围为76.25GHz～76.45GHz；所述雷达发射近距离探测信号；
当所述雷达的探测模式为远距离探测模式时，工作频率的范围为76.2GHz～76.3GHz；所述雷达发射远距离探测信号。
4.根据权利要求3所述的一种探测范围动态可调汽车探测方法，其特征在于，所述近距离探测信号在波形图中的波形斜率为200MHz/12.8μs，调制周期为15.6μs，发射通道为两路线阵天线，任一所述线阵天线的发射速率为128个调制连续波/帧，每帧的时长为50ms。
5.根据权利要求3所述的一种探测范围动态可调汽车探测方法，其特征在于，所述远距离探测信号在波形图中的波形斜率为100MHz/12.8μs，调制周期为15.6μs，发射通道为一路面阵天线，发射速率为256个调制连续波/帧，每帧50ms。
6.根据权利要求1所述的一种探测范围动态可调汽车探测方法，其特征在于，在步骤S3中：所述获取探测结果包括计算所述探测雷达与探测目标的距离和相对速度。
7.根据权利要求5所述的一种探测范围动态可调汽车探测方法，其特征在于，计算所述探测雷达与探测目标的距离包括获取所述探测信号从发出到接收所经历的时间，进而利用速度、时间与距离之间的关系计算出所述探测雷达与探测目标的距离。
8.根据权利要求5所述的一种探测范围动态可调汽车探测方法，其特征在于，计算所述探测雷达与探测目标的相对速度包括根据回波的多普勒频移，计算出所述探测雷达与探测目标的相对速度。
9.一种探测范围动态可调汽车雷达系统，包括SOC模块；所述SOC模块连接CAN通讯模块和射频模块；所述射频模块还与天线模块连接；所述CAN通讯模块连接汽车的行车电脑；其特征在于，所述天线模块包括发射天线和接收天线。
10.根据权利要求9所述的一种探测范围动态可调汽车雷达系统，其特征在于，所述发射天线包括一路面阵天线以及两路线阵天线。
11.根据权利要求9所述的一种探测范围动态可调汽车雷达系统，其特征在于，所述射频模块包括发射链路和接收链路；所述发射链路包括依次连接的信号发生器、本振模块、三倍频模块、功率放大器；所述信号发生器还连接所述SOC模块；所述功率放大器还连接所述发射天线；所述三倍频模块和功率放大器之间设有开关。
12.根据权利要求9所述的一种探测范围动态可调汽车雷达系统，其特征在于，所述接收链路包括依次连接的低噪声放大器、混频器、高通滤波器、可编程增益放大器、低通滤波器、模数转换器；所述低噪声放大器还连接所述接收天线；所述模数转换器还连接所述SOC模块；所述混频器还与所述三倍频模块连接。
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