CN111855157A - 一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法，包括基于玻璃结构的中总透射性质的特性矩阵方程，获取玻璃结构的传输系数控制方程；基于毫米波的频点及毫米波与玻璃的入射角恒定的情况下，求取所述传输系数控制方程最大值的情况下，玻璃的介电常数和厚度。本发明利用对玻璃结构的特性矩阵方程分析，推导出其最大传输系数的控制方程，进而求得毫米波最大传输系数所需的玻璃参数，通过调整玻璃的厚度或者玻璃的介电常数可以使得玻璃对毫米波的传输系数最大，从而以降低玻璃对毫米波的损耗。

Description

一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法

技术领域

本发明涉及毫米波雷达领域，更具体地，涉及一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法。

背景技术

汽车防撞雷达，是用于汽车或其他地面机动车辆的雷达。它包括基于不同技术(比如激光、超声波、微波)的各种不同雷达，有着不同的功能(比如发现障碍物、预测碰撞、自适应巡航控制)，以及运用不同的工作原理(比如脉冲雷达、FMCW雷达、微波冲击雷达)。雷达在汽车防撞雷达中有着重要的商业意义。

其中微波雷达具有全天候，全天时的工作特性，且探测距离远，探测精度高，在汽车前向目标探测系统中，发挥着重要作用。同时融合视觉与激光模块，构建ADAS系统，逐渐成为汽车主动安全的一个新的发展方向。

而摄像头搭配77GHz毫米波雷达的ADAS方案已经成为业内主流，但随着市场上配置有77GHz毫米波雷达的车型陆续上市，越来越多的用户反馈：前向毫米波雷达在一些应用场景中失效性较高。

因考虑毫米波雷达车载测量精准性和安装成本，毫米波雷达厂商和车厂一级供应商(Tier1)通常都是建议主机厂将前向毫米波雷达裸露安装在前包围外部，由此在行车中，前向毫米波雷达易被道路飞溅起的泥巴等污物遮挡，导致雷达失效。这也是前向毫米波雷达失明报警的主要因素，除此之外，在寒冷天气，毫米波雷达表面容易结冰，也会导致失效。

除了天气原因，外力碰撞也会导致雷达错位、失效。雷达的探测范围和安装位置在出厂前经过严格标定，如果因为车身剧烈震动、前包围托底、擦碰等外力因素，导致雷达安装位置错位，也会产生雷达信号失准故障。

为了降低雨水、泥巴、结冰、外力碰撞等因素对毫米波雷达的干扰，可以将毫米波雷达从前包围或格栅上移动至前挡风玻璃后。前挡风玻璃具有更好的安装位置，不易被泥巴等污物覆盖，并且在寒冷天气下可以利用车内空调对玻璃进行除冰。前挡风玻璃后的雷达结构也不会因轻微碰撞而产生形变，可以给毫米波雷达提供更为稳定的工作环境。但这种方案存在一个亟待解决的问题，就是玻璃对于毫米波的损耗一般比较大。

发明内容

本发明提供一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法，以解决现有玻璃对毫米波的损耗的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法，包括以下步骤：

步骤A1，基于玻璃结构的中总透射性质的特性矩阵方程，获取玻璃结构的传输系数控制方程；

步骤A2，基于毫米波的频点及毫米波与玻璃的入射角恒定的情况下，求取所述传输系数控制方程最大值的情况下，玻璃的介电常数和厚度。

在上述方案基础上优选，所述步骤A1中，玻璃结构中总透射性质的特性矩阵方程为：

T＝I₀₁L₁I₁₂L₂…I_(j-1)L_j…I_n(n+1)L_(n+1)；

其中，I表示界面矩阵；而L表示层矩阵，I_n(n+1)表示第n层与第n+1层之间的界面矩阵，L_(n+1)表示第n+1层的层面矩阵。

在上述方案基础上优选，基于两传播界面的菲涅尔系数间关系，可以得到璃结构中总透射性质的特性矩阵方程为：

其中，r₀₁表示半无限大环境介质0和基底1之间的反射系数，β表示相移。

在上述方案基础上优选，所述步骤A1中，所述传输系数控制方程最大值为1。

在上述方案基础上优选，当T＝1时，

其中，f表示毫米波的工作频点，φ_i表示毫米波到玻璃的入射角，ε表示玻璃的介电常数，c表示真空中的光速。

本发明的一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法，利用对玻璃结构的特性矩阵方程分析，推导出其最大传输系数的控制方程，进而求得毫米波最大传输系数所需的玻璃参数，通过调整玻璃的厚度或者玻璃的介电常数可以使得玻璃对毫米波的传输系数最大，从而以降低玻璃对毫米波的损耗。

附图说明

图1为本发明的大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法流程图；

图2为本发明的前挡风玻璃厚度为5～7mm时，77GHz毫米波雷的插入损耗实验图；

图3为本发明的玻璃厚度为4.84mm时，77GHz毫米波雷的插入损耗实验图；

图4为本发明的玻璃厚度为7.1mm时，77GHz毫米波雷的插入损耗实验图；

图5为本发明的玻璃厚度为5.22mm的整数倍，传输系数最大时， 77GHz毫米波雷的插入损耗实验图；

图6为本发明的玻璃厚度为5.22mm的整数倍时，77GHz毫米波雷的插入损耗实验图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参阅图1所示，本发明一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法，包括以下步骤：

步骤A1，基于玻璃结构的中总透射性质的特性矩阵方程，获取玻璃结构的传输系数控制方程；

步骤A2，基于毫米波的频点及毫米波与玻璃的入射角恒定的情况下，求取所述传输系数控制方程最大值的情况下，玻璃的介电常数和厚度。

其中，在步骤A1中，玻璃结构中总透射性质的特性矩阵方程为：

T＝I₀₁L₁I₁₂L₂…I_(j-1)L_j…I_n(n+1)L_(n+1)；

其中，I表示界面矩阵；而L表示层矩阵，I_n(n+1)表示第n层与第n+1层之间的界面矩阵，L_(n+1)表示第n+1层的层面矩阵。

基于两传播界面的菲涅尔系数间关系，即：

r₀₁＝-r₁₀

将上述关系带入T＝I₀₁L₁I₁₀中,可以得到璃结构中总透射性

质的特性矩阵方程为：

其中，r₀₁表示半无限大环境介质0和基底1之间的反射系数，β表示相移。

并且在步骤A1中，传输系数控制方程最大值为1，即传输系数T＝1，则需要sinβ＝0,cosβ＝1，且

因此，可以得到：

其中，f表示毫米波的工作频点，φ_i表示毫米波到玻璃的入射角，ε表示玻璃的介电常数，c表示真空中的光速。

本发明的一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法，利用对玻璃结构的特性矩阵方程分析，推导出其最大传输系数的控制方程，进而求得毫米波最大传输系数所需的玻璃参数，通过调整玻璃的厚度或者玻璃的介电常数可以使得玻璃对毫米波的传输系数最大，从而以降低玻璃对毫米波的损耗。

为了验证本发明的技术效果，以下入射角为24.85°以为例进行说明，即玻璃的入射角为24.85°前挡风玻璃厚度为5～7mm、介电常数为 6，进行试验。

具体试验结果如图2所示，由图2可以看到一般的玻璃参数在入射角为24.85°时，77GHz毫米波雷达频段的插入损耗为1.6～3.5dB。这将使雷达的探测距离下降52％～80％。由玻璃结构的传输系数控制方程可以计算得到，当介电常数为6的玻璃，其厚度为4.84mm时(或者其整数倍)，传输系数达到最大，此时77GHz插损为0.0dB，具体的玻璃插损如图3所示。

通过玻璃结构的传输系数控制方程可以计算得到，当玻璃介电常数为其他数值时，最大传输系数所对应的玻璃厚度，例如当玻璃介电常数为5时，其厚度为7.10mm(或者其整数倍)，传输系数达到最大，此时77GHz插损为0.0dB，具体的玻璃插损如图4所示。当玻璃介电常数为7时，其厚度为5.22mm(或者其整数倍)，传输系数达到最大，此时77GHz插损为0.0dB，具体的玻璃插损如图5所示。

当玻璃介电常数为7时，厚度为5.22mm的2～5倍时的插损，具体的玻璃插损如图6所示，可以看到在77GHz只要厚度为5.22mm的整数倍，其插损均为0.0dB。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A1，基于玻璃结构的中总透射性质的特性矩阵方程，获取玻璃结构的传输系数控制方程；

步骤A2，基于毫米波的频点及毫米波与玻璃的入射角恒定的情况下，求取所述传输系数控制方程最大值的情况下，玻璃的介电常数和厚度。

2.如权利要求1所述的一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法，其特征在于，所述步骤A1中，玻璃结构中总透射性质的特性矩阵方程为：

T＝I₀₁L₁I₁₂L₂…I_(j-1)L_j…I_n(n+1)L_(n+1)；

其中，I表示界面矩阵；而L表示层矩阵，I_n(n+1)表示第n层与第n+1层之间的界面矩阵，L_(n+1)表示第n+1层的层面矩阵。

3.如权利要求2所述的一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法，其特征在于，基于两传播界面的菲涅尔系数间关系，可以得到璃结构中总透射性质的特性矩阵方程为：

其中，r₀₁表示半无限大环境介质0和基底1之间的反射系数，β表示相移。

4.如权利要求2所述的一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法，其特征在于，所述步骤A1中，所述传输系数控制方程最大值为1。

5.如权利要求4所述的一种大幅提高车载毫米波雷达稳定性的方法，其特征在于，当T＝1时，

其中，f表示毫米波的工作频点，φ_i表示毫米波到玻璃的入射角，ε表示玻璃的介电常数，c表示真空中的光速。

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