CN206960652U - 连续收发的汽车超声波雷达系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种连续收发的汽车超声波雷达系统，该系统包括微处理单元，一个或多个连续发射的超声波发射探头和一个或多个连续接收的超声波接收探头，微处理单元通过信号发生电路连接功率放大器的输入端口，功率放大器输出端口连接超声波发射探头；超声波接收探头将接收到的反射信号发送至乘法器，乘法器同时接收信号发生电路发出的发射信号，乘法器输出的相乘后信号经过信号处理电路进行滤波、放大和补偿，信号处理电路的信号输出端口通过AD端口连接所述微处理单元，信号经AD端口转换成数字信号后送入微处理单元进行处理。本实用新型的多个超声波探头可同时并连续工作，克服了现有分时收发的缺陷，并且其探测距离更远，探测速度更快。

Description

连续收发的汽车超声波雷达系统

技术领域

本实用新型属于汽车电子信息领域，具体涉及一种连续收发的汽车超声波雷达系统。

背景技术

汽车上面安装有很多的超声波倒车雷达，其基本原理大都是采用多个超声波探头，但同时只能1个探头工作，工作于脉冲方式，其工作流程是一个探头发送超声波信号，一般持续几个到十几个波形时间；以40KHZ为例，大约0.1ms到1mS，然后关掉发射电路，等待超声波回波信号。通过计算发射信号和回波信号的时间差，计算障碍物与汽车的距离。

这样的方法通常存在如下问题：

（1）超声波探头不能同时工作，只能轮巡工作，每个探头需要工作大约几十毫秒的时间T，多路探头如果数量为N，其探测时间为N*T，一般估计约0.2秒时间。

（2）探测距离近，由于工作于脉冲方式，超声波探头从给出激励信号，到超声波输出达到最大值，需要较长的时间，而为了兼顾探测最近距离，又不能给出很长时间的激励，所以其探测距离受到很大影响。

（3）探测时间过长，超声波接收探头是在发射信号后，再接收超声波信号，其探测时间为：2*D/V；D为障碍物距离，V为声波速度。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述存在的缺陷，提供一种连续收发的汽车超声波雷达系统，该系统探测速度快，精度高并且可多探头连续工作。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：一种连续收发的汽车超声波雷达系统，该系统包括微处理单元，一个或多个连续发射的超声波发射探头和一个或多个连续接收的超声波接收探头，所述微处理单元通过信号发生电路连接功率放大器的信号输入端口，功率放大器的信号输出端口连接超声波发射探头；所述超声波接收探头将接收到的反射信号发送至乘法器，所述乘法器同时接收信号发生电路发出的发射信号，乘法器输出的相乘后信号经过信号处理电路进行滤波、放大和补偿，信号处理电路的信号输出端口通过AD端口连接所述微处理单元，信号经AD端口转换成数字信号后送入微处理单元进行处理。

作为本实用新型进一步的方案，所述信号发生电路发送给超声波发射探头的驱动信号为采用三角波或者锯齿波或者三角形阶梯波或者锯齿形阶梯波或者正弦波按照线性连续调频方式进行调制的信号。

作为本实用新型进一步的方案，所述乘法器为能够完成信号频率加减运算的电路。

作为本实用新型进一步的方案，所述超声波接收探头和乘法器之间设有信号放大器，超声波接收探头的输出端口连接信号放大器输入端口，信号放大器输入端口将反射信号发送至乘法器。

作为本实用新型进一步的方案，所述微处理单元包括微处理器，该微处理器采用单片机或者DSP或者FPGA。

作为本实用新型进一步的方案，所述微处理单元还包括所述的信号发生电路和具有模数转换功能的AD端口；所述信号发生电路为输出信号频率可编程的定时器，其中定时器，AD端口可以集成在微处理单元内，也可以互相独立设置。

作为本实用新型进一步的方案，信号处理电路包括低通滤波器、放大器和高通滤波器。

作为本实用新型进一步的方案，所述微处理单元进行处理的方法包括一个傅立叶信号变换，信号经过傅立叶变换后，可以得到最大反射信号和若干个次大反射信号，然后根据采样频率和采样点数得出最大反射信号的频率和若干个次大反射信号的频率，其中每一个最大反射信号的频率和每一个次大反射信号的频率均为独立的差频信号频率，最后根据多个通道接收信号的差频信号频率，计算出障碍物距离，并根据超声波接收探头的安装位置，计算障碍物相对于车辆的角度；同时还可根据接收信号的频谱信号的大小和距离，计算出障碍物的大小，以及根据对接收信号的计算判断出障碍物的数量为一个或者多个。

本实用新型的有益效果是：本系统的多个超声波探头可以同时并连续工作，克服了现有雷达系统分时收发的缺陷，并且本系统探测距离更远，探测速度更快。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是驱动信号为锯齿波线性调频连续波时，发射信号、回波信号和差频信号的时间-频率图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种连续收发的汽车超声波雷达系统，该系统包括微处理单元，一个或多个连续发射的超声波发射探头和一个或多个连续接收的超声波接收探头，所述微处理单元通过信号发生电路连接功率放大器的信号输入端口，功率放大器的信号输出端口连接超声波发射探头；所述超声波接收探头将接收到的反射信号发送至乘法器，所述乘法器同时接收信号发生电路发出的发射信号，乘法器输出的相乘后信号经过信号处理电路进行滤除、放大和补偿，信号处理电路的信号输出端口通过AD端口连接所述微处理单元，信号经AD端口转换成数字信号后送入微处理单元进行处理。

在本实施例中，所述超声波接收探头和乘法器之间设有信号放大器，超声波接收探头的输出端口连接信号放大器输入端口，信号放大器输入端口将反射信号发送至乘法器。所述微处理单元包括微处理器，该微处理器采用单片机或者DSP或者FPGA；微处理单元还可包括所述的信号发生电路和具有模数转换功能的AD端口；所述信号发生电路为输出信号频率可编程的定时器，其中定时器，AD端口可以集成在微处理单元内，也可以互相独立设置。所述定时器的输出端口分别连接若干功率放大器的信号输入端口，功率放大器的信号输出端口连接超声波发射探头。

在本实施例中，信号处理电路包括低通滤波器、放大器和高通滤波器。低通滤波器、放大器和高通滤波器分别用于滤波、放大和补偿，其三者相互级联但级联顺序无需特别限定。

本系统的工作原理为：微处理单元的软件模块控制定时器，产生一个接近三角波调制或者锯齿波调制的线性调频信号，其波形为方波或者矩形波或者正弦波的调制信号，经过功率放大器放大后，驱动超声波发射探头，向外发射超声波信号。

当障碍物反射了超声波信号后，被反射的超声波信号可能进入多个超声波接收探头。超声波接收探头接收的信号经过前置信号放大后，经过乘法器与超声波驱动信号相乘。相乘后的信号经过低通滤波器，滤除二倍频的超声波驱动信号，超声波驱动信号，经过放大器放大，再经过高通滤波器，补偿远端障碍物反射信号小，近端障碍物反射信号大。然后信号进入单片机的AD转换，转换成数字信号，进行处理，采样速度为最大调制带宽的2倍以上。

信号处理包括一个低通数字滤波器，高通数字滤波器和一个傅立叶信号变换。

在计算完信号的FFT后，可以得到最大反射信号和若干个次大反射信号，根据采样周期和采样点数可以得出最大反射信号的频率和若干个次大反射信号的频率。

如图2，以锯齿波线性调频连续波为例说明其测距原理如下：

超声波发射探头按照Ft的信号发射超声波信号，当信号遇到障碍物后，会反射一个超声波信号，频率为FR，经过放大器和乘法器，低通滤波后仅会得到一个差频信号频率。障碍物距离越近，差频信号频率越低，障碍物距离越远，差频信号越高。而障碍物距离越近反射信号越大，障碍物距离越远，反射信号越小。根据以上的描述，设置一个合适的高通滤波器，可以使得反射信号的大小与障碍物的距离无关或者不至于成指数关系。

则障碍物距离为：

D = V*T*f_D/2B

D为障碍物距离；

V为工作条件下空气中的声速，与温度有关；

T为调制信号周期；

B为调制带宽；

f_D为差频信号频率，也就是最大发射信号和若干个次大反射信号的频率。

其他调制方式与此类似，本实施例中不再作过多赘述。

这样可以计算多个障碍物的距离。而且根据反射信号的大小，可以计算障碍物的大小。

由于采用了连续波调制方式，其发射信号远远比脉冲方式长，可以得到比脉冲方式多出一倍以上的探测距离，也可探测多个探测目标。

两个或两个以上的超声波接收探头，可以得到两个不同的距离，从而可以得到障碍物相对于车辆的方位。

由于超声波雷达发射探头在工作时一直在发射信号，其回波信号只要从障碍物到超声波接收探头传播时间就可以发现障碍物，而且每个探头都是连续工作，不需要每个探头切换，收发切换，可比脉冲式雷达提高3倍以上的探测速度。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的普通技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型的保护范围，凡采用等同替换等方式所获得的技术方案，均落于本实用新型的保护范围内。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (9)

1.一种连续收发的汽车超声波雷达系统，其特征在于该系统包括微处理单元，一个或多个连续发射的超声波发射探头和一个或多个连续接收的超声波接收探头，所述微处理单元通过信号发生电路连接功率放大器的信号输入端口，功率放大器的信号输出端口连接超声波发射探头；所述超声波接收探头将接收到的反射信号发送至乘法器，所述乘法器同时接收信号发生电路发出的发射信号，乘法器输出的相乘后信号经过信号处理电路进行滤波、放大和补偿，信号处理电路的信号输出端口通过AD端口连接所述微处理单元，信号经AD端口转换成数字信号后送入微处理单元进行处理。

2.根据权利要求1所述的一种连续收发的汽车超声波雷达系统，其特征在于所述信号发生电路发送给超声波发射探头的驱动信号为采用三角波或者锯齿波或者三角形阶梯波或者锯齿形阶梯波或者正弦波按照线性连续调频方式进行调制的信号。

3.根据权利要求1所述的一种连续收发的汽车超声波雷达系统，其特征在于所述乘法器为能够完成信号频率加减运算的电路。

4.根据权利要求1或3所述的一种连续收发的汽车超声波雷达系统，其特征在于所述超声波接收探头和乘法器之间设有信号放大器，超声波接收探头的输出端口连接信号放大器输入端口，信号放大器输入端口将反射信号发送至乘法器。

5.根据权利要求1所述的一种连续收发的汽车超声波雷达系统，其特征在于所述微处理单元包括微处理器，该微处理器采用单片机或者DSP或者FPGA。

6.根据权利要求1或5所述的一种连续收发的汽车超声波雷达系统，其特征在于所述微处理单元还包括所述的信号发生电路。

7.根据权利要求6所述的一种连续收发的汽车超声波雷达系统，其特征在于所述信号发生电路为集成在微处理单元内的定时器。

8.根据权利要求1或5所述的一种连续收发的汽车超声波雷达系统，其特征在于所述微处理单元还包括所述的具有模数转换功能的AD端口。

9.根据权利要求1所述的一种连续收发的汽车超声波雷达系统，其特征在于信号处理电路包括低通滤波器、放大器和高通滤波器。