LFMCW雷達運用于汽車(chē)防撞的研究

摘要：隨著(zhù)現代社會(huì )汽車(chē)數量的日益增多，汽車(chē)防撞技術(shù)的研究已成為保障人民生命安全和提高運輸業(yè)的關(guān)鍵。課題旨在研究一種汽車(chē)防撞系統，保證在該系統正常運作的情況下既不發(fā)生碰撞事故又不降低道路的通行能力。該系統利用LFMCW的線(xiàn)性調頻特性及多普勒效應的原理既可測量?jì)绍?chē)間距又可實(shí)現相對運動(dòng)的判斷，結合兩者的測量值，實(shí)現有效防撞的功能。主要論述了LFMCW雷達運用于汽車(chē)防撞系統中的相關(guān)參數確定及具體實(shí)現方法，原理分析。
關(guān)鍵詞：汽車(chē)防撞；LFMCW；多普勒效應；相對運動(dòng)

隨著(zhù)國民經(jīng)濟的發(fā)展，汽車(chē)的數量日益增多，汽車(chē)運輸愈加繁忙，但同時(shí)交通事故也屢見(jiàn)不鮮。因此發(fā)展汽車(chē)防撞技術(shù)，對提高汽車(chē)智能化水平有重要意義。汽車(chē)要避撞就必須憑借一定的裝備測量前方障礙物的距離，并迅速反饋給汽車(chē)，以在危急的情況下，通過(guò)報警或自動(dòng)進(jìn)行某項預設定操作如緊急制動(dòng)等，來(lái)避免由于駕駛員疲勞、疏忽、錯誤判斷所造成的交通事故。本文將防撞技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)著(zhù)眼于車(chē)輛測距技術(shù)。從測量距離和相對速度兩個(gè)角度出發(fā)，實(shí)現有效防撞的效果。

1 安全距離的相關(guān)研究與設定
1．1 參數確定
所謂安全行車(chē)距離就是指在同一條車(chē)道上，同向行駛前后兩車(chē)間的距離(后車(chē)車(chē)頭與前車(chē)車(chē)尾間的距離)，保持既不發(fā)生追尾事故，又不降低道路通行能力的適當距離。由安全距離的計算公式：
d*=η／(vt+v2／254φ) (1)
可知要求得安全行車(chē)距離，需要確定的參數有本車(chē)速度v、反應時(shí)間t、輪胎與道路的附著(zhù)系數φ、系統調整系數η。
1)本車(chē)速度v
利用汽車(chē)防撞系統的車(chē)速傳感器可測得實(shí)時(shí)值。
2)反應時(shí)間t
據有關(guān)專(zhuān)家測定，一般來(lái)說(shuō)，大多數駕駛員的反應時(shí)間在0．30～1100 s之間，再加上剎車(chē)系統發(fā)生作用的時(shí)間等因素，總的反應時(shí)間在1．30～1．98 s之間，即取值為1．30～1．98 s。
3)輪胎與道路的附著(zhù)系數φ
不同路面的附著(zhù)系數如表1所示。

4)系統調整系數η
為了安全，駕駛員要根據自己對安全效果的不同要求來(lái)設置調整系數η。如果比較保守，要選擇η值大些。η取值范圍為1．05～1．10，通常取1．10。
5)安全間距d0
兩車(chē)制動(dòng)停止時(shí)應保持一定的間距d0以保證安全。d0選擇得是否合理，對系統的虛警率有一定的影響。理想情況最小可以為0，但國內外的資料上一般為2～5 m，出于安全考慮取為5 m。
1．2 系統模型的實(shí)現過(guò)程
給定一個(gè)汽車(chē)防撞系統，根據各參數的影響因素和取值范圍，設定相應參數：t=1．8 s；η=1．10；d0=5 m。在行車(chē)過(guò)程中，根據路面類(lèi)型的不同，參照表1的數據來(lái)設定輪胎與道路的附著(zhù)系數φ。根據計算可得，在速度相同時(shí)，不同的路面情況得到的安全行車(chē)距離不同，且速度越大，得出的安全行車(chē)距離差值就越大。因此決定安裝一個(gè)路面情況選擇開(kāi)關(guān)，采用點(diǎn)觸式開(kāi)關(guān)實(shí)現，由駕駛員根據天氣狀況主觀(guān)選擇附著(zhù)系數，再進(jìn)行數據處理，求出該附著(zhù)系數下的安全行車(chē)距離。開(kāi)關(guān)選擇如圖1所示。

2 多普勒頻移的測量
2．1 多普勒信息的提取
如果反射信號來(lái)自一個(gè)相對運動(dòng)的目標，則反射信號中包括一個(gè)由目標的相對運動(dòng)所引起的多普勒頻移fd。
根據多普勒原理，目標的相對運動(dòng)速度可用式(1)表示：

式中，f0為發(fā)射波中心頻率，λ為發(fā)射波波長(cháng)。
要從接收信號中取出多卜勒頻率需要采用差拍的方法，即設法取出f0和fr的差值fd。
經(jīng)典的差拍法是采用相干解調，將接受信號與發(fā)射信號通過(guò)乘法器相乘，經(jīng)低通濾波器后，即可得到所需的差頻信號。