CN212872892U - 车载级联毫米波雷达、检测系统以及轨道车辆 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种车载级联毫米波雷达、检测系统以及轨道车辆。所述车载级联毫米波雷达，应用于轨道交通，包括用于提供时钟信号的时钟源单元、数据存储器和多个雷达单元。其中，雷达单元包括雷达芯片以及与雷达芯片连接的收发天线组件。各雷达单元的雷达芯片级联，且任一雷达芯片分别连接时钟源单元和数据存储器。上述车载级联毫米波雷达的各雷达芯片是级联的，能够增加收发通道，增强水平和垂直的角度检测分辨率，使天线的方位向分辨率以及俯仰覆盖区域满足轨道交通工况需求，提高轨道交通中的探测精度。

Description

车载级联毫米波雷达、检测系统以及轨道车辆

技术领域

本申请涉及轨道交通技术领域，特别是涉及一种车载级联毫米波雷达、检测系统以及轨道车辆。

背景技术

随着智能驾驶和安防监测技术的发展，毫米波雷达已在主动感知、环境监控、安全检测等方面得到了广泛的应用，被认为是对智能驾驶感知技术不可或缺的传感器。但是现有的主要用于公路环境，难以满足轨道交通对高探测精度的应用需要，无法适用于轨道交通中。

即，在实现过程中，发明人发现传统技术中至少存在如下问题：传统技术存在探测精度低的问题。

实用新型内容

基于此，有必要针对传统的车载毫米波雷达探测精度低的问题，提供一种车载级联毫米波雷达、检测系统以及轨道车辆。

一种车载级联毫米波雷达，应用于轨道交通；车载级联毫米波雷达包括用于提供时钟信号的时钟源单元、数据存储器和多个雷达单元；

雷达单元包括雷达芯片以及与雷达芯片连接的收发天线组件；

各雷达单元的雷达芯片级联，且任一雷达芯片分别连接时钟源单元和数据存储器。

在其中一个实施例中，雷达单元的数量为两个，分别为第一雷达单元和与第二雷达单元；

第一雷达单元包括第一雷达芯片和与第一雷达芯片连接的第一收发天线组件；

第二雷达单元包括第二雷达芯片和与第二雷达芯片连接的第二收发天线组件，第二雷达芯片级联第一雷达芯片、且分别连接时钟源单元和数据存储器。

在其中一个实施例中，第一收发天线组件和第二收发天线组件形成四发八收天线架构。

在其中一个实施例中，车载级联毫米波雷达还包括供电单元，供电单元包括电源保护电路、直流转换电路和LDO稳压电路；

电源保护电路的输入端用于连接输入电源，电源保护电路的输出端连接直流转换电路，直流转换电路的输出端连接LDO稳压电路，LDO稳压电路的输出端分别连接第一雷达芯片、第二雷达芯片、时钟源单元和数据存储器。

在其中一个实施例中，供电单元还包括射频抗干扰组件，射频抗干扰组件连接在雷达芯片和供电单元之间。

在其中一个实施例中，雷达芯片包括射频收发电路和处理器，射频收发电路用于发射和/或接收射频信号，射频收发电路一端连接收发天线组件，射频收发电路另一端连接处理器。

在其中一个实施例中，雷达芯片为77GHz毫米波雷达芯片。

在其中一个实施例中，收发天线组件包括微带天线。

一种车载级联毫米波雷达检测系统，包括中央处理器、列车数据管理器以及如上述的车载级联毫米波雷达；

中央处理器分别连接列车数据管理器和车载级联毫米波雷达中任一雷达芯片。

一种轨道车辆，包括如上述的车载级联毫米波雷达检测系统。

上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：

上述车载级联毫米波雷达，包括多个雷达单元、用于提供时钟信号的时钟源单元以及数据存储器，各雷达单元用于实时检测轨道车辆前方的障碍物。各雷达单元包括雷达芯片以及收发天线组件。各雷达单元的雷达芯片之间级联，从而增加收发通道，增强水平和垂直的角度检测的分辨率，使天线的方位向分辨率以及俯仰覆盖区域满足轨道交通工况需求，提高轨道交通中的探测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一个实施例中车载级联毫米波雷达的第一结构示意图；

图2为一个实施例中车载级联毫米波雷达的第二结构示意图；

图3为一个实施例中车载级联毫米波雷达的第三结构示意图；

图4为一个实施例中车载级联毫米波雷达检测系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一雷达单元称为第二雷达单元，且类似地，可将第二雷达单元称为第一雷达单元。第一雷达单元和第二雷达单元两者都是雷达单元，但其不是同一雷达单元。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

正如背景技术所述，现有技术中的毫米波雷达，其探测距离近、分辨率低、抗干扰差，难以满足轨道交通对远距率、高分辨率的应用需要，存在探测精度低的问题。为此，本申请提供了一种分辨率高、探测距离远的车载级联毫米波雷达，能够有效提高探测精度。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种车载级联毫米波雷达，应用于轨道交通；车载级联毫米波雷达包括用于提供时钟信号的时钟源单元、数据存储器和多个雷达单元；

雷达单元包括雷达芯片以及与雷达芯片连接的收发天线组件；

各雷达单元的雷达芯片级联，且任一雷达芯片分别连接时钟源单元和数据存储器。

具体而言，车载级联毫米波雷达，可安装于轨道车辆车身正前方、正后方、左侧、右侧等位置，用于发现并识别覆盖范围内的目标，获取目标的速度、幅度、角度信息以及轨道车辆与所述目标的距离。车载级联毫米波雷达包括时钟源单元、数据存储器。其中，时钟源单元用于提供时钟信号。数据存储器用于存储现有的目标识别程序。

雷达单元可用于控制发射射频波形和采集雷达回波，实现信号处理。车载级联毫米波雷达包括多个雷达单元。各雷达单元包括雷达芯片以及收发天线组件。雷达芯片可用于产生射频信号并采集回波信号进行信号处理、识别目标，可为24G/60G/77G/79G等雷达芯片。

收发天线组件，用于发射和/或接收射频信号的天线阵列。收发天线组件包括接收天线阵列、发射天线阵列。在一个实施例中，收发天线组件包括微带天线，能够满足轨道交通通信需求。

进而，车载级联毫米波雷达中各雷达芯片之间级联形成雷达芯片级联系统，排布收发天线阵列的天线，形成大阵列天线架构，增加单芯片收发通道，增强水平和垂直的角度检测的分辨率，以便收发天线组件的方位、俯仰覆盖区域能够满足轨道交通场景应用。同时，雷达芯片级联系统中任一雷达芯片分别连接时钟源单元和数据存储器，通过给其中一个雷达芯片提供时钟信号和存有现有目标识别程度的数据存储器，从而实现高精度雷达设计，实现目标识别。需要说明的是，车载级联毫米波雷达中使用的目标识别算法为现有算法，不涉及算法本身的改进。

示例性地，数据存储器为可编程的非易失性存储器。例如，数据存储器为FLASH存储器。

高速列车行车过程中，速度快，行程密集，对安全性要求极高和制动长的特性。在本申请实施例中，提供了一种应用于轨道交通的我车载级联毫米波雷达，包括时钟源单元、数据存储器和多个雷达单元，各雷达单元中的雷达芯片之间物理级联，采用大阵列天线设计，增加收发通道，实现远距离高精度的障碍物检测，满足轨道交通的检测要求。

在一个实施例中，如图2所示，雷达单元的数量为两个，分别为第一雷达单元和与第二雷达单元；

第一雷达单元包括第一雷达芯片和与第一雷达芯片连接的第一收发天线组件；

第二雷达单元包括第二雷达芯片和与第二雷达芯片连接的第二收发天线组件，第二雷达芯片级联第一雷达芯片、且分别连接时钟源单元和数据存储器。

具体而言，车载级联毫米波雷达包括第一雷达单元和第二雷达单元。第一雷达单元包括用于产生射频信号并处理雷达回波信号的第一雷达芯片，还包括用于接收和发射射频信号的第一收发天线组件。第二雷达单元包括用于产生射频信号并处理雷达回波信号的第二雷达芯片，还包括用于接收和发射射频信号的第二收发天线组件。第二雷达芯片和第一雷达芯片物理级联后，与前端天线射频链路对接，使第一收发天线阵列和第二收发天线阵列形成一定收发通道的射频通道，增加单雷达芯片原有收发通道。同时，第二雷达芯片分别与时钟源单元和数据存储器连接，形成能够精准检测的车载级联毫米波雷达。应当理解的是，第二雷达芯片和第一雷达芯片硬件结构相同，在其他实施例中，也可将于第二雷达芯片级联后的第一雷达芯片分别连接时钟源单元和数据存储器。

在一个实施例中，第一收发天线组件和第二收发天线组件形成四发八收天线架构。

具体而言，各雷达芯片中可集成有4发4收的射频通道，在第一雷达芯片和第二雷达芯片之间物理级联后，任取一片雷达芯片形成四路发射通道，两片雷达芯片分别形成四路接收通道，从而第一收发天线组件和第二收发天线组件之间形成四发八收的架构，增加原有单芯片的收发通道。需要说明的是，在其他实施例中，第一雷达芯片和第二雷达芯片级联后形成其他天线架构，增加收发通道，也应当落入本申请的保护范围内。

示例性地，第一雷达芯片和第二雷达芯片为CAL77S244芯片。第一收发天线组件包括第一接收天线组件和第一发射天线组件，第二收发天线组件包括第二接收天线组件。在第一雷达芯片和第二雷达芯片物理级联后，第一收发天线组件和第二收发天线组件能够很方便的实现四发八收架构。其中，方位向有32个虚拟通道，方位角度分辨率优于1°，且在俯仰向具有高程测量能力；雷达有短距和长距两种工作模式，距离分辨率可达0.5米，最大探测距离可达300米，满足轨道交通工况的应用需求。

在一个实施例中，如图3所示车载级联毫米波雷达还包括供电单元，供电单元包括电源保护电路、直流转换电路和LDO稳压电路；

电源保护电路的输入端用于连接输入电源，电源保护电路的输出端连接直流转换电路，直流转换电路的输出端连接LDO稳压电路，LDO稳压电路的输出端分别连接第一雷达芯片、第二雷达芯片、时钟源单元和数据存储器。

具体而言，供电单元用于为第一雷达芯片、第二雷达芯片、时钟源单元和数据存储器提供稳定的电源，保证车载级联毫米波雷达的正常工作。

供电单元由外部输入电源供电，包括电源保护电路、直流转换电路和LDO(LowDropout Regulator，低压差线性稳压器)稳压电路。其中，电源保护电路可以保护整个供电单元的供电稳定，可包括短路保护、欠压锁定、电池温度补充、过压过流充电保护等电路。电源保护电路的输入端连接外部输入电源，其输出端连接直流转换电路。应当理解，电路保护电路还可以包括其他用于进行电路保护的电路器件，此处不做具体限定。

直流转换电路用于将输入的电信号转换为不同电压幅值的直流电原，以给各模块进行供电。直流转换电路可包括车载级的AC/DC转换单元和/或DC/DC转换单元。LDO稳压电路，LDO稳压电路的输入端连接直流转换电路，LDO稳压电路的输出端分别连接第一雷达芯片、第二雷达芯片、时钟源单元和数据存储器。LDO稳压电路具有噪声低、电源抑制比比较高的特点，用于保证整个供电单元输出的稳定，使其输出的电压稳定在所需的额定值内，以便车载级联毫米波雷达中其他模块的稳定。

示例性地，电源保护电路的输入端用于连接外部9-16V的直流输入电源。直流转换电路包括DC/DC转换单元，将输入直流电源转换为小电压的直流电压输出给LDO稳压电路，LDO稳压电路的输出端分别连接车载级联毫米波雷达中其他器件或模块，以提供稳定的电源。

示例性地，DC/DC转换单元为TPS57160芯片。示例性地，LDO稳压电路为TPS7A8101芯片。

本申请实施例中，提供了一种能够满足车规级要求，且具有超低的静态工作电流的供电单元，保证车载级联毫米波雷达正常供电。

在一个实施例中，供电单元还包括射频抗干扰组件，射频抗干扰组件连接在雷达芯片和供电单元之间。

具体而言，供电单元还包括连接在各雷达芯片和供电单元之间的射频抗干扰组件，用于大大消除干扰信号，提供抗干扰保护。射频抗干扰组件可包括屏蔽罩、抗干扰芯片、滤波电路等。

在一个实施例中，射频抗干扰组件包括磁珠。示例性地，该磁珠为滤波磁珠。

在一个实施例中，雷达芯片包括射频收发电路和处理器，射频收发电路用于发射和/或接收射频信号，射频收发电路一端连接收发天线组件，射频收发电路另一端连接处理器。

具体而言，射频收发电路可用于接收处理器发送的调制波形以产生射频信号，还用于发射和/或接收射频信号，连接在收发天线组件和处理器之间。处理器可用于控制调制波形的产生，对于射频收发电路发送的射频信号高速采集、进行模数转换后，完成数据处理并识别目标。示例性地，射频收发电路可为低噪声运放芯片。

示例性地，处理器可包括雷达波形控制电路、AD采集模块和数据处理模块。其中，雷达波形控制电路的输入端连接数据数据模块，其输出端连接射频收发电路。AD采集模块的输入端连接射频收发电路，其输出端连接数据处理模块。数据处理模块用于控制调制波形、对AD转换后的射频采集信号进行目标识别等。

在一个实施例中，雷达芯片为77GHz毫米波雷达芯片。

一种车载级联毫米波雷达检测系统，如图4所示，包括中央处理器、列车数据管理器以及如上述的车载级联毫米波雷达；

中央处理器分别连接列车数据管理器和车载级联毫米波雷达中任一雷达芯片。

具体而言，车载级联毫米波雷达检测系统包括中央处理器、列车数据管理器和车载级联毫米波雷达，可设于轨道车辆的前方、后方、侧面等。列车数据管理器用于存储轨道车辆的列车信息，还用于实时记录雷达信息、列车信息，以及离线分析和目标特征库维护时使用。

车载级联毫米波雷达用于对覆盖范围的铁路铁轨界限内异物情况进行全天时、全天候监测，将获取到的目标的速度、幅度、角度信息等数据实时传输给中央处理器。车载级联毫米波雷达包括用于提供时钟信号的时钟源单元、数据存储器和多个雷达单元。

中央处理器为具有信号接收、信号处理以及控制功能的设备或器件，用于对车载级联毫米波雷达检测的目标进行航迹跟踪，进而根据车载级联毫米波雷达传输的检测数据以及列车数据管理器传输的列车信息，识别覆盖范围内的障碍物的类别并获得轨道车辆与该障碍物的距离。例如，中央处理器用于识别轨道车辆前方的障碍物。中央处理器，还用于将实时数据发送给列车数据管理器进行记录。需要说明的是，中央处理器所使用障碍物类别的识别算法为现有技术，不涉及算法本身的改进。

本申请实施例中，提供了一种远距离、高可靠的车载级联毫米波雷达检测系统，该系统能够实时检测前方障碍物并进行识别，有助于精准地检测轨道交通的安全驾驶。

在一个实施例中，中央处理器连接车载级联毫米波雷达的供电单元中直流转换电路的使能端，能够实现网络管理。

在一个实施例中，车载级联毫米波雷达检测系统还包括与中央处理器连接的提示器。提示器可通过文字、语音和/或图像等形式进行实时提示。提示电路包括提示灯、显示电路和声响设备中的至少一种。应该理解的是，可根据车载级联毫米波雷达检测系统的实际运用环境，选择相应的提示器，此处不做具体限定。

在一个实施例中，车载级联毫米波雷达检测系统还包括第一通信器和第二通信器；中央处理器通过第一通信器连接列车数据管理器，中央处理器还通过第二通信器连接车载级联毫米波雷达。

通信器可为有线通信器和/或无线通信器。通信器包括但不限于2G(2-Generationwireless telephone technology，第二代移动通信技术)通信单元、3G(3-Generationwireless telephone technology，第三代移动通信技术)通信单元、4G(4-Generationwireless telephone technology，第四代移动通信技术)通信单元、5G(5-Generationwireless telephone technology，第五代移动通信技术)通信单元、WIFI(Wireless-Fidelity，无线网)通信单元和CAN通信单元等。优选地，第一通信器和第二通信器为CAN通信单元。

在一个实施例中，提供了一种轨道车辆，包括如上述的车载级联毫米波雷达检测系统。

具体而言，本申请实施例提供了一种轨道车辆，包括车载级联毫米波雷达检测系统。该系统包括中央处理器、列车数据管理器以及车载级联毫米波雷达。中央处理器分别连接列车数据管理器和车载级联毫米波雷达中任一雷达芯片。列车数据管理器用于存储轨道车辆的列车信息。中央处理器用于根据车载级联毫米波雷达传输的检测数据以及列车数据管理器传输的列车信息，识别轨道车辆前方的障碍物以及与障碍物的距离，有助于提高轨道车辆前方障碍物的探测精度，保障轨道车辆行驶安全性。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种车载级联毫米波雷达，其特征在于，所述车载级联毫米波雷达应用于轨道交通；所述车载级联毫米波雷达包括用于提供时钟信号的时钟源单元、数据存储器和多个雷达单元；

所述雷达单元包括雷达芯片以及与所述雷达芯片连接的收发天线组件；

各所述雷达单元的雷达芯片级联，且任一所述雷达芯片分别连接所述时钟源单元和所述数据存储器。

2.根据权利要求1所述的车载级联毫米波雷达，其特征在于，所述雷达单元的数量为两个，分别为第一雷达单元和与第二雷达单元；

所述第一雷达单元包括第一雷达芯片和与所述第一雷达芯片连接的第一收发天线组件；

所述第二雷达单元包括第二雷达芯片和与所述第二雷达芯片连接的第二收发天线组件，所述第二雷达芯片级联所述第一雷达芯片、且分别连接所述时钟源单元和所述数据存储器。

3.根据权利要求2所述的车载级联毫米波雷达，其特征在于，所述第一收发天线组件和所述第二收发天线组件形成四发八收天线架构。

4.根据权利要求2所述的车载级联毫米波雷达，其特征在于，还包括供电单元，所述供电单元包括电源保护电路、直流转换电路和LDO稳压电路；

所述电源保护电路的输入端用于连接输入电源，所述电源保护电路的输出端连接所述直流转换电路，所述直流转换电路的输出端连接所述LDO稳压电路，所述LDO稳压电路的输出端分别连接所述第一雷达芯片、所述第二雷达芯片、所述时钟源单元和所述数据存储器。

5.根据权利要求4所述的车载级联毫米波雷达，其特征在于，所述供电单元还包括射频抗干扰组件，所述射频抗干扰组件连接在所述雷达芯片和所述供电单元之间。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的车载级联毫米波雷达，其特征在于，所述雷达芯片包括射频收发电路和处理器，所述射频收发电路用于发射和/或接收射频信号，所述射频收发电路一端连接所述收发天线组件，所述射频收发电路另一端连接所述处理器。

7.根据权利要求1至5任意一项所述的车载级联毫米波雷达，其特征在于，所述雷达芯片为77GHz毫米波雷达芯片。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的车载级联毫米波雷达，其特征在于，所述收发天线组件包括微带天线。

9.一种车载级联毫米波雷达检测系统，其特征在于，包括中央处理器、列车数据管理器以及如权利要求1至8任意一项所述的车载级联毫米波雷达；

所述中央处理器分别连接所述列车数据管理器和所述车载级联毫米波雷达中任一雷达芯片。

10.一种轨道车辆，其特征在于，包括如权利要求9所述的车载级联毫米波雷达检测系统。

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