CN207675939U - 一种能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，包括：雷达天线，用于发射信号及接收经过探测目标的反射信号；差频信号生成单元，用于根据发射信号和反射信号生成差频信号；信号放大单元，用于对所述差频信号进行滤波和放大；信号处理单元，用于对滤波放大后的差频信号进行采样及运算处理；信号传输模块，用于将经过运算处理的信号数据传输给信号显示终端；所述信号传输模块包括用于将经过运算处理的信号数据实时传输给所述信号显示终端的无线模块；所述信号显示终端为装有导航软件的设备。本技术方案能够实时提供测距信息，同时在同一设备上显示导航信息和测距信息，有助于减少驾驶人的注意力分散，也能保障行车安全。
Description
技术领域
本实用新型属于雷达测距系统，具体涉及一种能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统。
背景技术
汽车导航目前用的最多的是高德跟百度地图，虽然对于堵车路况的实时性在逐渐提高，但对于前车车距以及速度对实时性要求非常高的场景是无能为力的，这就需要雷达测距来辅助。比如晚上开车容易犯困的时候，把握不好跟前车的车距，就很容易造成追尾，这个时候假如能够通过车载雷达测距及时提醒你保持安全距离，让你及时制动或者辅助制动，就会大大提高安全性，尤其在高速公路长时间驾驶的情况下。
常用的毫米波雷达测距主要是有三种，FMCW，FSK，MFSK，其中MFSK是结合了FMCW以及FSK两者的优点，克服了两者的缺点。FSK对于多目标测试效果很差，FMCW虽然能够区分多目标，但是精度依然受限于调制带宽(距离分辨率Dres＝c/2B,c是光速,B是调制带宽，24Gtransciever的调制带宽最高250M，即24G-24.25G，230M带宽下的距离分辨率大约是65cm)，并且测量时间偏长，影响了良好的实时性。MFSK因为引入了阶梯及相位差的概念，大大提高了距离跟速度分辨率。
市面上雷达测距的产品实现方式多种多样，尤其差频信号的产生、放大、处理，可谓是百家争鸣，但对于测量结果的显示上却大同小异，都是通过有线方式，如CAN总线的汽车屏幕或者串口线的上位机显示。
现今发展状况是人们对装有导航软件(如百度、高德等)的设备(如智能手机)普遍依赖，当同时存在导航软件的导航信息和在汽车屏幕或上位机上显示的测距信息时，驾驶人需要同时分散注意力关注来自不同设备的测距信息和导航信息，影响行车安全。
实用新型内容
针对现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，本系统能够提供测距信息，并且在同一设备上显示导航信息和测距信息，保障行车安全。
本实用新型的技术方案如下：
一种能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，包括：
雷达天线，用于发射信号及接收经过探测目标的反射信号；
差频信号生成单元，用于根据发射信号和反射信号生成差频信号；
信号放大单元，用于对所述差频信号进行滤波和放大；
信号处理单元，用于对滤波放大后的差频信号进行采样及运算处理；
信号传输模块，用于将经过运算处理的信号数据传输给信号显示终端；
所述信号传输模块包括用于将经过运算处理的信号数据实时传输给所述信号显示终端的无线模块；
所述信号显示终端为装有导航软件的设备。
进一步地，上述能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，所述差频信号生成单元包括收发模块、鉴相模块和环路滤波模块。
进一步地，上述能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，所述收发模块和所述鉴相模块设计于集成芯片上。
进一步地，上述能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，所述收发模块为带有压控振荡器的24G收发模块。
进一步地，上述能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，所述信号放大单元设置有截止频率大于差频信号频率的高通滤波器。
进一步地，上述能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，所述信号处理模块为ARM Cortex-M4的低功耗MCU芯片。
进一步地，上述能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，无线模块为WIFI模块或BLE模块。
本实用新型的有益效果如下：
1、本技术方案能够实时提供测距信息，以便驾驶人员及时掌握车距，有助于保证行车安全，同时在同一设备上显示导航信息和测距信息，有助于减少驾驶人的注意力分散，也能保障行车安全。
2、本实用新型的技术方案在FWCW及MFSK基础上进行硬件以及算法的优化，精度高。
3、信号处理模块为ARM Cortex-M4的低功耗MCU芯片，能够有效降低功耗，增加电池的使用寿命。
4、信号放大单元设置有截止频率大于差频信号频率的高通滤波器，实现了近距离差频信号适当的衰减，远距离差频信号完全的放大，提高了测量的距离跨度。
5、通过无线模块实时将测距信息传递给显示终端，信息传递及时。
附图说明
图1为本实用新型的能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统的原理框图。
图2为图1的局部放大图。
图3为本实用新型的信号放大单元的高通滤波器的一种电路原理图。
图4为本实用新型的差频信号生成单元的环路带宽100K下的原理图仿真结果。
图5为本实用新型的差频信号生成单元的环路带宽100K下的锁定时间仿真结果。
图6为MFSK调制方式示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细的描述。
毫米波雷达测距的几种方式原理如下：
FMCW
通过发射一个频率随时间线性增大的连续频率信号TX chirp＝sin[ω1+Φ1]，遇到障碍物后反射回来RX chirp＝sin[ω2+Φ2]，两个信号混频(差频)成IF signal＝sin[(ω1-ω2)+(Φ1-Φ2)]；
d＝F*c/2S＝Tc*F*c/2B；
Δd＝ΔF*c/2S＝Tc*ΔF*c/2B；
其中，
d代表发射信号到测量物体的距离
c代表光速
F代表差频信号频率
Tc代表发射信号周期
B代表发射信号带宽
S代表发射信号带宽对周期的斜率即B/Tc
只有当ΔF>Tc的时候，经过傅里叶变换后频谱才能区分开，因此FMCW的距离分辨率＝c/2B
MFSK
如图6所示，把FMCW的连续频率变成了A/B阶梯跳变的频率，先发射一个频率A，再发一个频率比A高fShift的B，然后再发频率A+fIncr,以此类推，直到发完N个A跟B。
F＝-2V/λ—2*fSweep*R/TChirp*c；
ΔΦ＝2πV*TChirp/λN—4πR*fShift/c；
根据上述两公式计算R和V(R和V分别是待测目标的距离与速度)；
上述公式中，F为差频信号的频率；ΔΦ为差频信号的相位；λ为波长；c为光速；fSweep，为带宽在本实施例中为230M；TChirp＝2N TA，为总周期；fShift＝fB-fA，在本实施例中为300K；N为台阶数；TA为A或B信号频率持续的时间，一般来说，要求TA>5*Tlock；Tlock为PLL锁定信号的时间；(比如锁定时间是10us，TA最好选50us)。
如图1和图2所示，本实用新型提供了一种能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，包括：雷达天线，用于发射信号及接收经过探测目标的反射信号；差频信号生成单元，用于根据发射信号和反射信号生成差频信号；信号放大单元，用于对所述差频信号进行滤波和放大；信号处理单元，用于对滤波放大后的差频信号进行采样及运算处理；信号传输模块，用于将经过运算处理的信号数据传输给信号显示终端；所述信号传输模块包括用于将经过运算处理的信号数据实时传输给所述信号显示终端的无线模块；所述信号显示终端为装有导航软件的设备。
所述差频信号生成单元如图1左侧部分所示，环路带宽LPF(本实施例中采用Simpll仿真后的器件搭建而成)的设计参考图4、图5，实现的是100K环路带宽下的信号锁定时间10-15us。本实施例的差频信号生成单元包括收发模块、鉴相模块和环路滤波模块；所述收发模块和所述鉴相模块设计于集成芯片上；所述收发模块为带有压控振荡器的24G收发模块。本实施例的在差频信号生成单元优点为集成度高，精确度好，产生的差频信号更加干净，为后级的处理奠定了良好的基础。
本实施例中，信号放大单元采用AD8426L+LMV774MT，并且通过对外围高通滤波的设计(信号放大单元设置有截止频率大于差频信号频率的高通滤波器)，实现了近距离差频信号适当的衰减，远距离差频信号完全的放大，提高了测量的距离跨度。
假如TA是200us，那么TChirp＝2N TA＝2*256*200us＝102.4ms
对于频率是2*TChirp＝19.6Hz。
为了解决放大器对于近距离目标差频信号(强度大)出现饱和的问题，可以设置高通滤波器的截止频率>差频信号的频率，这样近距离差频信号会得到适当的衰减，远距离差频信号得到完全的放大。如上面可以把电阻改成500欧姆，这样高通截止频率就是32Hz，对于近距离的19.6Hz信号有一定的衰减！
本实施例中，所述信号处理模块为ARM Cortex-M4的低功耗MCU芯片，实现对于差频信号的AD采样、傅里叶变换。采用该芯片比采用FPGA处理具有更好的性价比。
本实施例采用WIFI模块或BLE模块作为无线模块，把测量结果实时的传到设备的导航软件上(手机app)。
本实施例的产品可实现0.1米到100米之间距离以及0.3kph到120kph的相对速度在手机app上的实时显示，将其应用到汽车导航，如嵌入到高德地图或者百度地图，当与前车距离太近时，提醒你减速，将大大提高开车的安全性。同时，对于未来的无人驾驶，这也是必不缺少的一部分。
显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若对本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其同等技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (7)
1.一种能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，其特征在于，包括：
雷达天线，用于发射信号及接收经过探测目标的反射信号；
差频信号生成单元，用于根据发射信号和反射信号生成差频信号；
信号放大单元，用于对所述差频信号进行滤波和放大；
信号处理单元，用于对滤波放大后的差频信号进行采样及运算处理；
信号传输模块，用于将经过运算处理的信号数据传输给信号显示终端；
所述信号传输模块包括用于将经过运算处理的信号数据实时传输给所述信号显示终端的无线模块；
所述信号显示终端为装有导航软件的设备。
2.如权利要求1所述的能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，其特征在于，所述差频信号生成单元包括收发模块、鉴相模块和环路滤波模块。
3.如权利要求2所述的能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，其特征在于：所述收发模块和所述鉴相模块设计于集成芯片上。
4.如权利要求2所述的能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，其特征在于：所述收发模块为带有压控振荡器的24G收发模块。
5.如权利要求1所述的能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，其特征在于：所述信号放大单元设置有截止频率大于差频信号的高通滤波器。
6.如权利要求1所述的能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，其特征在于：所述信号处理模块为ARM Cortex-M4的低功耗MCU芯片。
7.如权利要求1所述的能够实现人机交互界面显示的雷达测距系统，其特征在于：无线模块为WIFI模块或BLE模块。
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| CN109100712A (zh) * | 2018-08-17 | 2018-12-28 | 北京凌波微步信息技术有限公司 | 一种能够实现远程控制的雷达测距系统 |
| CN111880170A (zh) * | 2020-08-14 | 2020-11-03 | 石家庄铁道大学 | 基于arm的lfmcw雷达测距系统 |
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