CN2886598Y - 多天线轮流切换实现目标信息提取与精确定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及汽车防撞雷达精确定位装置。所要解决的问题是：提供一种可对目标障碍物进行相应信息提取和精确定位的多天线轮流切换实现目标信息提取与精确定位装置。包括射频、反馈、中频采样、信号处理和控制与通信单元；其发明点为雷达接收前端设计，即发射部分的调制信号源CN3408输出的正弦波信号经高频放大器和3db定向耦合器，一部分能量送到雷达天线向外辐射，另一部分能量送到混频器HMC524作为标准振荡源的信号；接收部分的高速切换开关单元接收到的雷达天线的回波信号经过低噪处理器送至混频器，与振荡源信号进行混频后得到中频信号。本装置可以准确探测汽车正前方100－150米处的危险目标，同时，大大降低了雷达前端的设计成本。

Description

多天线轮流切换实现目标信息提取与精确定位装置

技术领域

本实用新型涉及汽车防撞雷达精确定位装置。

背景技术

汽车工业在经济发达国家已经成为一个发展国民经济的支柱性产业。在美国每年汽车(轿车和卡车)产量平均为1400万辆，我国1998年产量为160万辆左右。车多路少已经成为交通状况日益严重的问题之一，道路交通已经成为最危险的运输方式之一。据统计：早在70年代初时由于汽车车祸，全世界每年造成的经济损失为100亿美元，平均每辆车每年的经济损失为100美元；到21世纪初，汽车年产量已经翻了三倍，所造成的经济损失增长已经远大于三倍。在过去20-30年中，人们主要把精力集中于汽车的被动安全性方面。例如，在汽车的前部或后部安装防撞保险杠、在汽车外壳四周安装某种弹性材料、在车内相关部位安装各种形式的安全带及安全气囊等，以减轻汽车碰撞带来的危害。安装防撞保险杠固然能在某种程度上减轻碰撞给本车赞成的损坏，却无法消除对被撞物体的伤害；此外，车上安装的安全气囊系统，其性能在几年之内就可能降低甚至完全丧失，在发生车祸时不一定能有效地保护车内乘员的安全。所有这些被动安全措施都不能从根本上解决汽车在行驶中发生碰撞造成破坏的问题。经过德国BENZ公司对于公路交通事故的调查分析表明：80％以上的车祸是由于司机反应不及时所引起的，超过65％的车辆相撞属于追尾相撞。研究同时表明：若司机能够提早1秒钟意识到有事故危险并采取相应的正确措施，则绝大多数的交通事故都可以避免。因此以德国为首的发达国家从上世纪60年代开始就对汽车主动防撞技术进行了深入地研究。

毫米波雷达技术之所以在汽车防撞系统中得到广泛应用，是因为毫米波雷达相对于超声波、红外、激光等应用技术，在远距离目标探测、全天候工作性能等方面具有更优越的性能。所以目前汽车主动防撞系统的研制与开发都是基于毫米波雷达系统。并已在欧洲(德国)、美国和日本相继开发出了77GHz、24GHz和60GHz的毫米波汽车防撞雷达系统样机，在实际行车试用中取得了良好的效果，但其产业化时间至少还需要2-3年，这为我们研制汽车防撞系统提供了宝贵的时间。

到目前为止，国内尚没有一套成熟的汽车防撞毫米波雷达系统投入批量生产，除了固态毫米波器件的限制条件外，关键的技术难题是如何降低居高不下的虚警率，即防撞雷达系统发现目标障碍物后容易出现虚警的问题。原因有两个，一是，汽车防撞雷达系统不具备对目标障碍物进行精确定位的能力；二是，目标的回波信息不是易于产生的、抗干扰性能强的发射波形。

发明内容

本实用新型的目的是：提供一种可对目标障碍物进行相应信息提取和精确定位的多天线轮流切换实现目标信息提取与精确定位装置。

实现上述目的的技术解决方案如下：

多天线轮流切换实现目标信息提取与精确定位装置，包括射频单元、反馈单元、中频采样单元、信号处理单元和控制与通信单元；调制信号源CN3408输出的正弦波信号经高频放大器HMC498放大后，经过3db定向耦合器，一部分能量送到雷达天线向外辐射，其特征在于：

调制信号源CN3408输出的正弦波信号经高频放大器HMC498放大后，经过3db定向耦合器，一部分能量送到雷达天线向外辐射，另一部分能量送到混频器HMC524作为标准振荡源的信号；

AMMC2008高速切换开关单元接收到的雷达天线的回波信号经过低噪处理器CHA2069送至混频器HMC524，与振荡源信号进行混频后得到中频信号。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

1、实现任意目标的精确定位

通过对三根不同指向的接收天线回波信号进行分析比较，并进行精确的计算，可以得到汽车前方任意目标的方位、距离等精确信息。本装置可以准确探测汽车正前方100-150米处的危险目标，并能准确地报警。

2、降低装置成本

三根不同指向的接收天线，通过独特设计的AMMC2008开关切换单元，共用一条接收通路，不仅满足雷达前端的设计指标，而且还大大降低了雷达前端的设计成本，为国外相同样机产品成本的1/5-1/8。

3、提高切换速率

由于雷达发射功率很小，前端开关切换单元直接采用芯片控制工作，无需相应的功率推动单元，进一步提高开关器件的切换速率，使得系统响应能力得到优化。

4、提高测角精度

在目标方位角测量时，采用等信号比幅法，克服了相位法测角时对目标回波信号的实时性要求高等缺点，对目标方位角测量更准确。

附图说明

图1为本实用新型结构框图。

图2为三波束比幅测角示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本实用新型作进一步地说明。

实施例：

参见图1，多天线轮流切换实现目标信息提取与精确定位装置的具体结构如下：包括射频单元、反馈单元、中频采样单元、信号处理单元和控制与通信单元；除反馈单元，即雷达接收前端设计，其它单元借用了一些成熟的雷达设计技术和一些成熟的设计应用电路，

调制信号源CN3408输出的正弦波信号经高频放大器HMC498放大后，经过3db定向耦合器，一部分能量送到雷达天线向外辐射，另一部分能量送到混频器HMC524作为标准振荡源的信号；

雷达天线的回波信号经过由AMMC2008构成的高速切换开关单元、低噪处理器CHA2069送至混频器HMC524，与振荡源信号进行混频后得到中频信号。

该装置的工作原理如下：

根据雷达波形设计原理，三角波调制信号产生单元输出带宽为500MHz、线性良好的三角波信号，调制信号源NC3408输出的正弦波信号，被调制后的微波信号经过HMC498高频放大后，能量经过3db的定向耦合器，一部分能量送到雷达天线向外辐射，另一部分能量送至HMC524混频单元作为标准振荡源的参考信号。从天线辐射出去的信号在遇到障碍物后反射回来，形成目标回波，其中包含了目标的所有信息，如距离、速度、方位角等。该回波能量被AMMC2008高速切换开关单元所接通的天线阵列接收送至混频器HMC524，与振荡源信号进行混频，得到反应目标上述所有信息的中频信号，其原理可参考本文第二节。中频部分对差合后的中频信号进行离散采样、模数变换，量化后的数字信息输送至信号处理单元。信号处理主要完成以下主要工作：杂波滤除、目标信息提取、目标轨迹提取、目标轨迹跟踪、虚警目标剔除和报警目标信息输出，经过处理后可以得到汽车前方真实目标的距离、速度、方位、运动轨迹与运动趋势等与本车安全相关的决策信息，系统可以根据事先制定的安全决策对汽车实施一些安全操作，如减速、刹车等，也可以直接给出报警信息提醒驾驶员安全驾驶，从而大大减少交通事故的发生率。

雷达接收机前端电路设计对整个系统的性能和成本有着决定性的影响。在汽车防撞雷达系统中，由于单天线系统本身所固有的缺点和汽车防撞雷达在汽车上安装使用的特殊要求，决定了单天线雷达不能对汽车前方障碍物进行精确定位。多通道雷达接收机可以有效克服单天线雷达系统的缺点，但带来的是产品结构复杂、成本过高。针对上述矛盾，本实用新型引入多天线轮流切换机制，可以对汽车前方目标进行信息提取与精确定位，同时利用单通道接收通路对目标回波信息进行处理，有效地解决了雷达系统性能要求与成本之间的矛盾。

当系统不工作时，AMMC2008高速切换开关单元不接通任何接收天线支路，避免外界的微波能量进入，从而保护了后面的微波电路。用户控制开启系统工作电源后即可启动系统工作，AMMC2008高速切换开关单元即接通一路接收天线，接收从目标反射的径向回波信息，并且每间隔30mS进行一次接收天线切换，每三次切换为一个测量周期。回波信息经过信号处理单元计算分析后，可以得出不同方向、不同距离的目标数据，分别传递给控制与通信单元报警显示。

汽车防撞雷达前端天线为不同指向的多天线分时接收系统。设计中我们采用三天线测量系统，侧向天线主瓣中心轴线1和3指向邻近车道上的中心处，如图2所示。接收波束水平宽度为3°-4°之间，任意相邻两根天线的主瓣中心轴线之间夹角为2°，三根天线性能与参数完全一致，根据等信号比幅测角法原理可知，三根天线可以形成两条等信号轴线：0°方位1线和0°方位2线，而且等信号轴线与它们的天线主瓣轴线之间的夹角为1°。则在100米的安全距离处，0°方位1和0°方位2之间的距离正好为3.5米，为一个标准的车道宽度。以上数据是根据交通道路的实际情况得出的，在设计中应该要严格遵守。

天线1、2和3通过开关轮流接通工作，将三个天线接收的回波进行幅值比较：

当目标出现在汽车防撞雷达安全距离100米处时，如果目标处在 区，则天线1接收到目标回波幅度比天线2大，天线3接收的幅度最小，则目标可能位于天线1与天线2之间，或者可能位于天线1的外围。此时再将天线1与天线2接收到目标回波信号进行等信号比幅测角，根据天线方向图函数查找预先制定的表格估计目标偏离0°方位1轴线的角度，如果角度大于预设的安全角度(大于安全角度时目标与本车发生碰撞的概率大)则立即报警，小于安全角度则丢弃处理后信息。

如果目标处在 区，则天线3接收到目标回波幅度比天线2大，天线1接收的幅度最小，处理方法如上。

如果目标处在 区，天线2接收到目标幅度比天线1和3都大，则目标肯定位于0°方位1轴线和0°方位2轴线之间，此时分别需要与天线1和3进行比幅测角，如果角度大于安全角度则报警，否则丢弃处理后信息。

具体接收波束参数与波束之间的相关参数，根据汽车防撞雷达的性能指标是紧密相关的，要视具体情况选择最优参数。

Claims (1)

1、多天线轮流切换实现目标信息提取与精确定位装置，包括射频单元、反馈单元、中频采样单元、信号处理单元和控制与通信单元，其特征在于：

调制信号源CN3408输出的正弦波信号经高频放大器HMC498放大后，经过3db定向耦合器，一部分能量送到雷达天线向外辐射，另一部分能量送到混频器HMC524作为标准振荡源的信号；

AMMC2008高速切换开关单元接收到的雷达天线的回波信号经过低噪处理器CHA2069送至混频器HMC524，与振荡源信号进行混频后得到中频信号；

中频采样单元对得到的中频信号进行处理得到数字信息；

数字信息再送到信号处理单元进行处理以得到目标信息。