汽車(chē)雷達傳感器組網(wǎng)技術(shù)研究
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圖5汽車(chē)雷達對目標的分類(lèi)處理過(guò)程
FMCW雷達的基本原理是利用發(fā)射和回波信號之間的頻率差來(lái)確定目標的距離和速度[5]。傳統體制的FMCW采用等周期調頻，在測量單個(gè)目標的情況下，簡(jiǎn)單可行，表現了良好的實(shí)時(shí)性和測距測速功能。但是當前方出現多個(gè)目標的時(shí)候，雷達就會(huì )出現判斷上的困難。為了識別多個(gè)目標的距離和速度，可以采用變周期的FMCW波形作為發(fā)射信號。文獻[6]給出了采用變周期的發(fā)射信號測量目標的距離和速度的算法。
圖6汽車(chē)雷達網(wǎng)絡(luò )對單目標實(shí)現測量
對于本文所討論的雷達網(wǎng)絡(luò )系統而言，四個(gè)近距離雷達傳感器即是發(fā)射機又是接收機。如圖6所示，通過(guò)電掃開(kāi)關(guān)的控制，其中的一個(gè)NDS擔當發(fā)射機，反射信號被四個(gè)NDS同時(shí)接收。經(jīng)過(guò)信號處理之后，因各個(gè)NDS之間位置的不同，可以得到四組關(guān)于被測目標的距離和相對速度值(r1,1v1,1)、(r1,2v1,2)、(r1,3v1,3)、(r1,4v1,4)。這種采用單基地發(fā)射多基地接收的雷達網(wǎng)絡(luò )體制，盡管對傳感器之間的時(shí)間同步控制要求很高，但是可以避免鄰近傳感器之間的相互干擾。
汽車(chē)雷達網(wǎng)絡(luò )測量目標的距離和速度是通過(guò)對每個(gè)傳感器測得的目標信息進(jìn)行數據融合而得到的。在一個(gè)測量周期中，每個(gè)NDS輪流擔當一次發(fā)射機。因此有16種距離和相對速度的組合，用向量表示為：
在笛卡爾坐標系中用目標的狀態(tài)向量來(lái)表述目標的位置矢量和相對速度矢量：
（2）每個(gè)傳感器在笛卡爾坐標系中的位置用向量表示為：
（3）對于每個(gè)傳感器而言，如果已知該傳感器和目標在坐標系中的位置，那么距離可以由下面的非線(xiàn)性方程來(lái)計算：
（4）同理，得到關(guān)于目標的相對速度的方程：
（5）綜合方程(1)、(2)、(4)、(5),可以得到目標的狀態(tài)向量與四個(gè)傳感器測得的目標的距離速度的多個(gè)非線(xiàn)性方程，用向量函數表示成：
（6）其導數矩陣，也就是雅可比矩陣為：
（7）對方程(7)采用高斯-牛頓迭代算法可以精確計算出目標狀態(tài)向量的參數值，繼而可以得到目標的位置和相對速度值。由于上述運算能夠給出運動(dòng)目標位置的笛卡爾坐標，因此很方便確定位置估算的精度和分辨率[7]。
毫米波汽車(chē)雷達網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展現狀
目前，盡管?chē)H上將毫米波汽車(chē)雷達網(wǎng)絡(luò )的77GHz頻段的研究很充分，但是，具體采用什么頻段，每個(gè)國家還有差異，目前關(guān)于汽車(chē)用近距離雷達傳感器的爭論焦點(diǎn)之一是采用24GHz頻段還是77GHz頻段。爭論的原因是77GHz雷達器件的成本和技術(shù)成熟度問(wèn)題。因此，77GHz雷達傳感器的成本和技術(shù)成熟度是汽車(chē)雷達網(wǎng)絡(luò )是否能夠在市場(chǎng)上取得普及應用的關(guān)鍵。
在77GHz雷達傳感器的研發(fā)方面，關(guān)鍵技術(shù)是如何采用GaAs(鎵砷)器件的工藝技術(shù)來(lái)設計和制造低成本的汽車(chē)近/遠距離雷達傳感器，進(jìn)而降低整個(gè)汽車(chē)雷達網(wǎng)絡(luò )的成本。國外GaAs器件制造業(yè)發(fā)展的速度很快，已經(jīng)出現了一些極具性?xún)r(jià)比的汽車(chē)雷達傳感器，一些報道甚至預言在2007年末2008年，汽車(chē)雷達網(wǎng)絡(luò )的市場(chǎng)將啟動(dòng)，并有望成為普及型轎車(chē)的基本配置。
汽車(chē)雷達網(wǎng)絡(luò )相對于其它系統，技術(shù)門(mén)檻要低得多。目前，中國汽車(chē)雷達的開(kāi)發(fā)還主要集中在汽車(chē)倒車(chē)雷達、汽車(chē)雷達測速器的層面上，所使用的技術(shù)和頻段差別很大，還沒(méi)有從器件、頻率分配、汽車(chē)雷達網(wǎng)絡(luò )結構、近距離和遠距離雷達傳感器、運動(dòng)目標位置估算算法、運動(dòng)目標的分類(lèi)、汽車(chē)專(zhuān)用信號處理器等多層次、系統和產(chǎn)業(yè)鏈的角度來(lái)研究和開(kāi)發(fā)汽車(chē)雷達網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，這與國際上日益普及的汽車(chē)雷達研究與應用相比，還存在很大的反差。這種狀況與中國作為全球的汽車(chē)消費大國的地位是不相適應的。
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