TW202212861A

TW202212861A - 具長短距離模態偵測之雷達系統

Info

Publication number: TW202212861A
Application number: TW109133750A
Authority: TW
Inventors: 鍾世忠; 蔡青翰; 王柏逸; 郭宣廷
Original assignee: 為昇科科技股份有限公司
Priority date: 2020-09-29
Filing date: 2020-09-29
Publication date: 2022-04-01
Also published as: TWI770621B

Abstract

本發明提供一種具長短距離模態偵測之雷達系統，其包含處理單元、發射單元以及接收單元。發射單元包括長距天線和短距天線，長距天線具長距操作頻率產生長距雷達波束，短距天線具短距操作頻率產生短距雷達波束，處理單元在一頻率範圍改變短距操作頻率而調整短距雷達波束的俯仰角，以偵測所述長距雷達波束之偵測範圍以外的近距離盲區，接收單元接收反射之長距雷達波束及/或反射之短距雷達波束，以由處理單元接收，而可判斷遠程以及近距離盲區之物體，藉此構成本發明。

Description

具長短距離模態偵測之雷達系統

本發明係關於一種雷達偵測系統，尤指一種具長短距離模態偵測之雷達系統。

在道路上常見到的貨櫃車、砂石車或拖板車等商用車，這些車的車頭一般是平的，而且駕駛座的座位也比一般轎車來得高，因此在車頭前的下方容易形成駕駛視線不及的盲區，若在此盲區有物體，駕駛就難以肉眼察覺而進行閃避，造成在盲區的物體容易遭到撞擊的情形。

為避免上述盲區的物體難以察覺而遭撞擊，習知作法是在商用車的車頭安裝包括前雷達和攝影機之偵測系統，其中的前雷達就設在偏車頭下方的位置，以偵測前述盲區的物體。然而，此習知偵測系統除攝影機在視線不良下容易發生影像誤判外，且在安裝時，是將前雷達和攝影機兩者分開安裝且個別佈線，所以會耗費相當多的工時，而造成安裝上之不便。

此外，一般的前車雷達偵測系統，其功能僅在偵測前方有無物體，即使所述物體高於車輛而無撞擊危險(例如天橋)，因習知前車雷達偵測系統無法辨識所偵測之物體在垂直面的縱向高度，仍會將所偵測到但高於車輛的物體視為有碰撞威脅，造成駕駛行車時造成虛驚之困擾。

因此，如何解決上述習知偵測系統之問題者，即為本發明之主要重點所在。

為解決上述課題，本發明提供一種具長短距離模態偵測之雷達系統，除可對遠程之物體進行偵測外，亦可偵測在近距離盲區內之物體。

本發明之一項實施例提供具長短距離模態偵測之雷達系統，其包含一處理單元、一發射單元以及一接收單元，發射單元與接收單元皆電性連接處理單元。發射單元包括一長距天線和一短距天線，長距天線具有一長距操作頻率產生一長距雷達波束；短距天線具有一短距操作頻率產生一短距雷達波束，處理單元在一頻率範圍改變所述短距操作頻率而調整所述短距雷達波束的俯仰角，以偵測所述長距雷達波束之偵測範圍以外的近距離盲區。接收單元接收反射之長距雷達波束及/或接收反射之短距雷達波束。

藉此，除了長距天線產生長距雷達波束而可偵測遠程之物體，且處理單元在一頻率範圍改變所述短距操作頻率而調整短距雷達波束的俯仰角，而可由短距天線產生短距雷達波束，以偵測長距雷達波束之偵測範圍以外的近距離盲區之物體，達到包含遠程及近距離盲區之全面性物體準確偵測。除此之外，長距天線和短距天線皆為天線偵測元件，故可一同佈線安裝，藉此達到節省安裝工時以及安裝作業便利之功效。

為便於說明本發明於上述發明內容一欄中所表示的中心思想，茲以具體實施例表達。實施例中各種不同物件係按適於說明之比例、尺寸、變形量或位移量而描繪，而非按實際元件的比例予以繪製，合先敘明。

請參閱圖1至圖7所示，本發明提供一種具長短距離模態偵測之雷達系統100，其於本實施例中係應用在商用車而安裝在車頭200，所述雷達系統100包含一處理單元10、一發射單元20以及一接收單元30，此述處理單元10、發射單元20以及接收單元30於本實施例中皆設在一印刷電路板P，且發射單元20和接收單元30皆在印刷電路板P上電性連接處理單元10，其中：

所述發射單元20，其於本實施例中包括複數長距天線21以及一短距天線22，該等長距天線21係具有一長距操作頻率產生一長距雷達波束LB (Long range radar beam)，而短距天線22則具有一短距操作頻率產生一短距雷達波束SB (Short range radar beam)，以處理單元10在一頻率範圍改變所述短距操作頻率而調整所述短距雷達波束SB的俯仰角θ(請併參圖7)，以偵測所述長距雷達波束LB之偵測範圍以外的近距離盲區Z(如圖1、7所示)。

於本實施例中，所述頻率範圍為77GHz至81GHz，短距雷達波束SB在不同頻率下之天線場型如圖4所示，可知在不同頻率下，雷達波束角度會有所不同，因此，可以透過頻率掃描或者使用者設定的方式，來調整短距雷達波束SB的俯仰角θ；而長距操作頻率於本實施例中設定為77GHz，此長距操作頻率於設定後為固定不變，長距雷達波束LB之發射角度則由雷達系統100所裝之載體(圖中未示)的傾角決定，此述傾角可由載體以機械式之角度調整而調整之。所謂長距操作頻率為固定不變，並非僅能為固定頻率，意即長距操作頻率亦可重新設定，例如將前述77GHz重新設定為76GHz或78GHz。

如圖3所示，發射單元20於本實施例中共有十二支長距天線21，且以六支長距天線21為一組而並聯構成一長距天線模組40，意即本實施例中包括兩組長距天線模組40，本實施例中的兩組長距天線模組40與短距天線22並聯於處理單元10。所述長距天線21，於本實施例中為微帶天線陣列(Microstrip Antenna Array)；所述短距天線22，於本實施例中為漏波天線（Leaky Wave Antennas）。

所述接收單元30，其在發射單元20同時產生長距雷達波束LB以及短距雷達波束SB而分別反射時，於本實施例中接收反射之長距雷達波束LB，並接收短距雷達波束SB，由接收單元30分別產生一第一回授訊號S1以及一第二回授訊號S2(如圖2所示)，且由處理單元10接收第一回授訊號S1以偵測遠程之物體，並由處理單元10接收第二回授訊號S2以判斷在近距離盲區Z有無物體。或者，當發射單元20只產生長距雷達波束LB時，接收單元30可只接收反射之長距雷達波束LB；亦或發射單元20只產生短距雷達波束SB時，接收單元30也可只接收反射之短距雷達波束SB，故本發明不以前述發射單元20同時產生長距雷達波束LB及短距雷達波束SB而被接收單元30接收為限。

於本實施例中，接收單元30有八支接收天線31，以每兩支接收天線31為一組而構成四組接收天線模組50，這四組接收天線模組50於本實施例中電性連接至處理單元10。所述的四組接收天線模組50，係沿一並排方向X並列，且各接收天線31係沿一直列方向Y伸設，直列方向Y垂直於並排方向X。另外，兩組長距天線模組40與短距天線22也沿著並排方向X並列，且各接收天線31也沿直列方向Y伸設。其中，四組接收天線模組50中，最為遠離發射單元20之接收天線模組50和另三組接收天線模組50沿直列方向Y具位置差而相對較為下方(如圖3所示)，但本發明並不以所述相對在後之位置差為限，亦可為相對在上方的位置差，皆可使系統產生垂直方向的辨識度。

承上，所述最為遠離發射單元20之接收天線模組50和另三組接收天線模組50沿直列方向Y具位置差，藉由任兩相鄰之接收天線模組50有間隔距離D(如圖3所示)，從而接收天線模組50和兩長距天線模組40構成一垂直面等效天線，以產生在高度方向之縱向偵測功能。較佳地，所述間隔距離D，係介於0.5λ至2.5λ之間。

請配合參閱圖5所示，所述短距天線22，其具有一饋入端221以及一後端222，此後端222係遠離於饋入端221，短距天線22係自饋入端221輸入訊號，並將能量傳遞至後端222。短距天線22並包括一天線層223、一中間層224、一底層225以及複數導電柱226，其中的天線層223在上而底層225在下，中間層224則是介於天線層223和底層225之間，天線層223和中間層224間具有一第一介電層227，於中間層224和底層225之間另具有一第二介電層228，此第二介電層228於本實施例中為FR-4玻璃纖維材質。

承上，天線層223具有複數第一槽孔223a，該些第一槽孔223a係自饋入端221往後端222之一長軸方向延伸並間隔設置，此述長軸方向於本實施例中同於直列方向Y，且該些導電柱226貫穿第一介電層227以電性連接天線層223和中間層224，該些導電柱226沿直列方向Y圍設在第一槽孔223a的周圍。本實施例之中間層224具有一第二槽孔224a，第二槽孔224a是異於第一槽孔223a的位置且相對靠近於後端222。所述中間層224具有第二槽孔224a之設置，在於當能量傳往後端222時，可藉第二槽孔224a之開通而將能量導至第二介電層228，以達到快速地將能量自第二介電層228洩漏的效果，以避免殘留能量反射而導致訊號受到干擾的問題發生。

所述導電柱226，於所設之短距天線22上係包括兩直線段226a以及一尾段226b(如圖5所示)，兩直線段226a於該些第一槽孔223a和該第二槽孔224a兩旁沿直列方向Y往後端222平行伸設，且兩直線段226a於後端222以尾段226b在垂直方向銜接。較佳地，第二槽孔224a和尾段226b之導電柱226的距離為1/2λ，但不以此為限。較佳地，本實施例之第一槽孔223a和第二槽孔224a之形狀皆為長條狀，且本實施例之第二槽孔224a，其長度為1.1mm，寬度則為0.1mm，但不以此長寬尺寸為限。

上述實施例之雷達系統100，係模組化而如圖1所示以行車記錄器300為前述載體而隨之安裝在車頭200，其以組成長距天線模組40之長距天線21，依長距操作頻率(以77 GHz為例)產生一長距雷達波束LB，並以行車記錄器300調整傾角而可改變長距雷達波束LB之發射角度。在長距雷達波束LB反射後，係由接收單元30接收，並由接收單元30產生第一回授訊號S1由處理單元10接收，藉以判斷例如前車之物體，以達到避免和前車碰撞的效果。

承上，雷達系統100除以長距天線21偵測遠程之物體外，並以短距天線22對車頭200前方的近距離盲區Z進行物體的偵測，此述近距離盲區Z為駕駛於車頭200內而視線不及之前方範圍。偵測時，由短距天線22產生依所述長距操作頻率而產生短距雷達波束SB，所述短距操作頻率由處理單元10在77GHz至81GHz之頻率範圍進行調整，以最佳化所述短距雷達波束SB的俯仰角θ(如圖7所示)，再由接收單元30接收反射之短距雷達波束SB而產生第二回授訊號S2，處理單元10接收第二回授訊號S2以判斷近距離盲區Z有無物體(例如人、機動車、動物及其它物等)，駕駛在其判斷有物體時可即時閃避或停止行進，以避免撞擊所偵測到的物體。更進一步的，也可利用處理單元10在所述頻率範圍內進行動態調整，使短距雷達波束進行不同角度的偵測掃描，藉此擴大俯仰方向之偵測範圍，避免死角的產生。

此外，當駕駛在行駛過程中，由長距天線21偵測到有遠程之物體，而此物體例如是高於車頭200而可行駛通過的天橋(圖中未示)，由於雷達系統100之接收天線模組50和兩長距天線模組40構成垂直面等效天線，可進行高度方向之縱向偵測功能，此時由前述垂直面等效天線縱向偵測到的天橋為高於車頭200上一定高度者，駕駛即可得知為無碰撞威脅而繼續行駛。

經上述之實施例說明不難發現本發明之主要特點，在於：

1.本發明之雷達系統100，除發射單元20以長距天線21產生長距雷達波束LB而可偵測遠程之物體，且可由短距天線22產生短距雷達波束SB，且處理單元10在預定之頻率範圍改變所述短距操作頻率，藉此調整短距雷達波束SB的俯仰角，而可偵測到近距離盲區Z之物體，藉此達到遠程及近距離盲區Z之全面性物體的準確偵測。並且，本發明之雷達系統100，因長距天線21和短距天線22皆為天線偵測元件，於安裝時可一同佈線，亦可達到節省安裝工時以及安裝作業便利之功效。

2. 本發明之雷達系統100，可進一步以接收天線模組50和長距天線模組40所構成之垂直面等效天線，進行具高度方向之縱向偵測功能，可在垂直面對物體進行縱向高度的偵測而準確偵測物體之所在高度，進而判斷所偵測之物體是否具有威脅，藉以避免對物體高度誤判而造成虛驚之困擾。

所述短距天線21，如上所述係依短距操作頻率產生短距雷達波束SB，以處理單元10在所述頻率範圍改變所述短距操作頻率而調整所述短距雷達波束SB的俯仰角θ，除應用於本發明之雷達系統100，以偵測所述長距雷達波束LB之偵測範圍以外的近距離盲區Z，也可藉其作用原理而單獨使用，以作為獨立之雷達系統，故不必然以本發明之雷達系統100的應用為限。

以上所舉實施例僅用以說明本發明而已，非用以限制本發明之範圍。舉凡不違本發明精神所從事的種種修改或變化，俱屬本發明意欲保護之範疇。

100:雷達系統 200:車頭 300:行車記錄器 10:處理單元 20:發射單元 21:長距天線 22:短距天線 221:饋入端 222:後端 223:天線層 223a:第一槽孔 224:中間層 224a:第二槽孔 225:底層 226:導電柱 226a:直線段 226b:尾段 227:第一介電層 228:第二介電層 30:接收單元 31:接收天線 40:長距天線模組 50:接收天線模組 D:間隔距離 P:印刷電路板 LB:長距雷達波束 SB:短距雷達波束 S1:第一回授訊號 S2:第二回授訊號 X:並排方向 Y:直列方向 Z:近距離盲區 θ:俯仰角

圖1係本發明實施例之雷達系統隨行車記錄器安裝於車頭之示意圖，圖中並顯示出長距雷達波束和短距雷達波束之偵測示意。圖2係本發明實施例之雷達系統方塊圖。圖3係本發明實施例之雷達系統於基板上之配置示意圖。圖4係本發明實施例之雷達系統之短距雷達波束之天線場型圖。圖5係本發明實施例之短距天線之平面示意圖。圖6係圖5於6-6剖線所見之短距天線剖視示意圖。圖7係本發明實施例之雷達系統進行近距離盲區偵測之示意圖，圖中短距雷達波束係短距操作頻率依頻率範圍調整俯仰角。

100:雷達系統

10:處理單元

20:發射單元

21:長距天線

22:短距天線

30:接收單元

31:接收天線

40:長距天線模組

50:接收天線模組

S1:第一回授訊號

S2:第二回授訊號

LB:長距雷達波束

SB:短距雷達波束

Claims

一種具長短距離模態偵測之雷達系統，其包含：一處理單元；一發射單元，其電性連接該處理單元，該發射單元包括一長距天線和一短距天線，該長距天線具有一長距操作頻率產生一長距雷達波束，該短距天線具有一短距操作頻率產生一短距雷達波束，該處理單元在一頻率範圍改變所述短距操作頻率而調整所述短距雷達波束的俯仰角，以偵測所述長距雷達波束之偵測範圍以外的近距離盲區；以及一接收單元，其電性連接該處理單元，該接收單元接收反射之該長距雷達波束及/或反射之該短距雷達波束。
如請求項1所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，該短距天線係漏波天線，其具有一饋入端，且具有一遠離該饋入端之後端，該短距天線自該饋入端輸入訊號。
如請求項2所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，該短距天線包括一天線層、一中間層、一底層以及複數導電柱，該中間層介於該天線層和該底層之間，該天線層和該中間層間具有一第一介電層，該中間層和該底層之間具有一第二介電層，其中該天線層具有複數第一槽孔，該些第一槽孔自該饋入端往該後端之一長軸方向延伸並間隔設置，且該些導電柱貫穿該第一介電層以電性連接該天線層和該中間層，該些導電柱沿該長軸方向圍設在該些第一槽孔的周圍。
如請求項3所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，該中間層異於該些第一槽孔的位置具有一相對靠近該後端之第二槽孔。
如請求項4所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，該第一槽孔之形狀為長條狀，該第二槽孔之形狀為長條狀。
如請求項5所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，該第二槽孔之長度為1.1mm，且寬度為0.1mm。
如請求項4所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，該第二介電層為FR-4玻璃纖維材質。
如請求項4所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，該些導電柱包括兩直線段以及一尾段，該兩直線段於該些第一槽孔和該第二槽孔兩旁沿該長軸方向往該後端平行伸設，且該兩直線段於該後端以該尾段在垂直方向銜接。
如請求項8所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，該第二槽孔和該尾段之導電柱的距離為1/2λ。
如請求項2所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，該發射單元有複數所述長距天線並聯構成至少一長距天線模組，該至少一長距天線模組並聯該短距天線。
如請求項10所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，該等接收天線模組係沿一並排方向並列，各該接收天線係沿一垂直該並排方向之直列方向伸設，其中至少一接收天線模組和其他接收天線模組沿該直列方向具位置差而相對在前或相對在後。
如請求項11所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，該等接收天線模組和該至少一長距天線模組構成一垂直面等效天線，以具高度方向之縱向偵測功能。
如請求項10所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，任兩相鄰之所述接收天線模組的間隔距離為0.5λ至2.5λ。
如請求項2所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，該接收單元有複數所述接收天線並聯以構成複數接收天線模組。
如請求項1所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，所述長距天線為微帶天線陣列。
如請求項1所述之具長短距離模態偵測之雷達系統，其中，該長距操作頻率於設定後為固定不變。