專利名稱：一種w波段前車防撞雷達探測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及防撞雷達系統(tǒng)。 技術(shù)背景我國對前車防撞雷達的設計起步較晚，目前，國內(nèi)在汽車防撞雷達方面只局限于倒車雷達的研制和生產(chǎn)，至于前向探測汽車防撞雷達，雖然目前有不少的汽車廠商和科研院所都做了一些跟蹤與探索，但都僅限于8mm波段，產(chǎn)品的體積較大，實用性以及產(chǎn)業(yè)化程度不高。對于前車防撞雷達的實現(xiàn)方法具體包括激光、紅外、超聲波以及微波雷達等手段， 但由于受天氣條件和環(huán)境因素的制約，激光、紅外、超聲波等實現(xiàn)方式都不適合應用于中、 遠距離前車防撞雷達的設計。微波雷達具有穩(wěn)定的探測性能，可全天候工作，且具有頻帶寬、分辨率高等優(yōu)點，是實現(xiàn)前車防撞雷達較好的手段?，F(xiàn)有技術(shù)的研究基本集中在MGHz或35GHz頻率范圍，基于77GHz頻段的前車防撞雷達尚未見相關(guān)資料和報道。77GHz頻段由于波長更短、抗工業(yè)干擾能力強、波束更窄，有利于系統(tǒng)的小型化和目標的精確探測，因此，急需研發(fā)77GHZ即W波段的前車防撞雷達探測系統(tǒng)。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種W波段前車防撞雷達探測系統(tǒng)，采用77GHz頻率即W波段實現(xiàn)前車防撞雷達的系統(tǒng)設計。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型的技術(shù)解決方案是—種W波段前車防撞雷達探測系統(tǒng)，所述雷達系統(tǒng)包括發(fā)射天線、接收天線、射頻前端模塊、基帶處理模塊、串行通信接口 ；其特征在于所述射頻前端模塊包括壓控振蕩器13、倍頻器14、濾波器15、放大器16、功分器 17、放大器18、混頻器19、中頻放大器20 ；所述壓控振蕩器13產(chǎn)生的步進調(diào)頻信號經(jīng)倍頻器14得到W波段調(diào)頻信號，再輸入濾波器15、放大器16進行濾波、功率放大后的W波段調(diào)頻信號經(jīng)功分器18等分成兩路輸出，一路由發(fā)射天線1發(fā)射出去，另一路輸入混頻器19 ； 雙波束接收天線2接收到的雙通道回波信號分別經(jīng)過混頻器19進行去斜處理，得到差拍信號，所述差拍信號由中頻放大器20放大后，輸入基帶處理模塊。所述基帶處理模塊包括放大器4、帶通濾波器5、數(shù)字程控增益放大器6、對消放大器7、抗混疊濾波器8、數(shù)字信號處理器9、可編程邏輯器件10、D/A轉(zhuǎn)換器11。差拍信號經(jīng)放大器4放大，帶通濾波器5濾除噪聲，由數(shù)字程控增益放大器6進行增益控制，所述數(shù)字程控增益放大器6的控制信號由數(shù)字信號處理器9產(chǎn)生；差拍信號經(jīng)放大和帶通濾波，得到所需頻帶內(nèi)的信號，數(shù)字信號處理器9控制程控增益放大器6進行AGC 控制使接收機接收到的信號幅度在一個恰當?shù)姆秶鷥?nèi)；數(shù)字程控增益放大器6的輸出信號經(jīng)對消放大器7和抗混疊濾波器8進入數(shù)字信號處理器9進行采樣、FFT處理以及算法判別；對消放大器7消除寄生調(diào)幅信號，避免D/A輸出噪聲對靈敏度的影響；抗混疊濾波器8 濾除高頻信號，避免采樣模糊。輸出的信號進入數(shù)字信號處理器9 ；數(shù)字信號處理器9根據(jù)同步信號采樣輸入信號，進行FFT處理后進行算法判別；所述串行通信接口將產(chǎn)生的判別結(jié)果上傳至上位機進行后續(xù)處理?？删幊踢壿嬈骷?0產(chǎn)生控制信號控制D/A轉(zhuǎn)換器11產(chǎn)生三角波步進調(diào)諧電壓信號去控制壓控振蕩器13產(chǎn)生步進調(diào)頻信號，同時可編程邏輯器件10給出同步信號至數(shù)字信號處理器9。本實用新型可帶來以下有益效果本實用新型采用77GHz頻段，不僅具有微波雷達適應全天候工作、抗干擾能力強的特點，而且具有尺寸小、成本低、測距精度高的優(yōu)勢。

圖1為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖2為本實用新型的射頻組件框圖圖3為信號處理流程圖圖4為步進頻率變化圖圖5為發(fā)射信號調(diào)制形式圖圖6為雙波束天線指向圖
具體實施方式
參見圖1、圖2 ；圖中1為發(fā)射天線；2為雙波束接收天線；3為射頻前端模塊；4為放大器；5為帶通濾波器；6為數(shù)字程控增益放大器；7為對消放大器；8為抗混疊濾波器；9 為數(shù)字信號處理器；10為可編程邏輯器件；11為D/A轉(zhuǎn)換器；12為串行通信接口 ； 13為壓控振蕩器；14為倍頻器；15為濾波器；16為放大器；17為功分器；18為放大器；19為混頻器；20為中頻放大器。射頻前端模塊由分立元件組成，包括壓控振蕩器13、倍頻器14、濾波器15、放大器 16、功分器17、放大器18、混頻器19、中頻放大器20，如圖2所示。壓控振蕩器13產(chǎn)生的步進調(diào)頻信號經(jīng)倍頻器14、濾波器15、放大器16得到W波段調(diào)頻信號，由發(fā)射天線1發(fā)射出去。雙波束接收天線2接收回波信號，經(jīng)混頻器19混頻后得到差拍信號，由中頻放大器20放大后，輸入基帶處理模塊。基帶處理模塊包括放大器4、帶通濾波器5、數(shù)字程控增益放大器6、對消放大器7、 抗混疊濾波器8、數(shù)字信號處理器9、可編程邏輯器件10、D/A轉(zhuǎn)換器11，如圖1所示。差拍信號經(jīng)放大器4放大，帶通濾波器5濾除噪聲，由數(shù)字程控增益放大器6進行增益控制，控制信號由數(shù)字信號處理器9產(chǎn)生。信號經(jīng)對消放大器7和抗混疊濾波器8進入數(shù)字信號處理器9進行采樣、FFT處理以及算法判別?？删幊踢壿嬈骷?0產(chǎn)生控制信號控制D/A轉(zhuǎn)換器11產(chǎn)生步進調(diào)諧電壓信號，控制壓控振蕩器13產(chǎn)生步進調(diào)頻信號，同時給出同步信號至數(shù)字信號處理器9。數(shù)字信號處理器9產(chǎn)生的處理結(jié)果通過串行通信接口 12可上傳至上位機。系統(tǒng)工作流程包括發(fā)射信號產(chǎn)生、去斜接收、模擬處理、數(shù)字處理、算法判別五個步驟。系統(tǒng)上電后，由可編程邏輯器件10控制D/A轉(zhuǎn)換器11產(chǎn)生三角波步進調(diào)諧電壓信號控制壓控振蕩器13去產(chǎn)生發(fā)射信號，同時產(chǎn)生同步信號給數(shù)字信號處理器9，作為采樣開始信號。本實施例中，調(diào)制信號采用3種步進頻率，周期性變化，以便后端的多目標識別處理，根據(jù)相同的工作原理，調(diào)制信號也可采用大于3的步進頻率。系統(tǒng)采用雙波束接收天線2 ；接收到的雙通道信號分別經(jīng)過混頻器19進行去斜處理，得到差拍信號，進入模擬處理部分。差拍信號經(jīng)放大和帶通濾波，得到所需頻帶內(nèi)的信號，數(shù)字信號處理器9控制數(shù)字程控增益放大器6進行AGC控制使接收機接收到的信號幅度在一個恰當?shù)姆秶鷥?nèi)。對消放大器7消除寄生調(diào)幅信號，避免D/A輸出噪聲對靈敏度的影響?？够殳B濾波器8濾除高頻信號，避免采樣模糊。輸出的信號進入數(shù)字處理部分。數(shù)字信號處理器9根據(jù)同步信號采樣輸入信號，進行FFT處理后進入算法判別環(huán)節(jié)。算法判別主要通過頻譜分析的方法完成。系統(tǒng)設定能量門限A和頻譜寬度門限B，進行全頻域搜索，求出前后都大于門限A的頻譜區(qū)域?qū)挾?，剔除能量小于門限A和頻譜寬度大于B的干擾類目標，其余認為是真實目標。對于一個正負頻率調(diào)制周期，可以分別得到頻率f+和f-，進行相加和相減處理可以求得目標距離和速度。由于采用了 3種步進頻率，在每個AF參數(shù)下進行頻譜配對求得一組距離和速度，3組進行比較，找出相同的距離速度對就是真實的目標。由于系統(tǒng)采用左右雙通道接收，對其中某一組距離速度對，比較其左路和右路的能量大小，即可判別該目標的車道信息。具體處理流程見圖3。(1)調(diào)制信號產(chǎn)生77GHz步進變化的射頻信號由壓控振蕩器13經(jīng)步進調(diào)諧信號控制后經(jīng)倍頻產(chǎn)生， 步進調(diào)諧信號采用步進臺階變化的電壓信號，該控制形式不同于三角波線性變化控制信號，便于修正VCO調(diào)制的非線性，產(chǎn)生線性度較高的步進變化調(diào)頻射頻信號。圖4所示為系統(tǒng)采用的步進頻率產(chǎn)生方式，調(diào)頻信號每隔時間τ頻率步進Af，每個周期由正斜率段和負斜率段組成，形成正負頻率調(diào)制。(2)多目標信號檢測識別由于三角波調(diào)頻在多目標的情況下會產(chǎn)生虛假目標，所以需要進行頻譜匹配，此處采用多斜率步進調(diào)頻的方案。圖5為一個周期內(nèi)多斜率步進調(diào)頻連續(xù)波信號的頻率隨時間變化的示意圖。信號的一個周期包含3個三角形，又可細分為A到F共6段，每一段又由 N個子信號頻率組成，這N個子信號的頻率在Α，C，E段依不同的步進頻率Δ F依次遞增，而在B，D，F(xiàn)段依次遞減。在每個子脈沖發(fā)射完畢時，系統(tǒng)對連續(xù)回波信號進行采樣并存儲，用于后續(xù)的信號處理。采用交叉尋找的思想逐次逼近，完成多目標檢測并同時有效去除虛假判斷。以圖 5中A和B兩段調(diào)制信號為例，假設存在三個真實目標，對Α、Β兩段調(diào)制的回波信號采樣并進行FFT，每個目標分別在A段和B段會得到一個f+和f_，對于三個目標會得到三個f+和三個f-，在未知真實距離的前提下，通過三對f+和f_兩兩組合，便可計算出九對R和v，即防撞雷達發(fā)現(xiàn)了九個可能的目標。同理，在另外的兩個調(diào)制信號中，也各自發(fā)現(xiàn)了九個可能的目標。實際上，三個真實目標會在每個調(diào)制過程中都會出現(xiàn)，將每個調(diào)制信號過程中得到的九個目標兩兩相比，可以去掉假目標，將比較后匹配的目標保留下來，可以認為是真實存在的目標。[0035](3)目標車道信息判別車道信息判別通過雙通道信號比幅實現(xiàn)。系統(tǒng)采用雙通道接收，設計天線波束指向如圖6所示。雙波束天線指向分別為-5°、+5°，3dB波束寬度10°，兩波束在空間互相重疊，和波束指向0°，實現(xiàn)空間-5°、0°、+5°三波束工作。0°為發(fā)射波束、其他為接收波束。對目標的回波信號作頻譜分析，比較兩路信號能量，當能量相當便認為在本車道， 否則目標必定在能量偏大的那一路方向。據(jù)此可判斷目標的車道信息。(4)路況智能分析判別對于彎道或狹窄道路兩旁設施，除通過方位判別外，在信號處理中采用智能判別算法，從目標回波譜線中進行區(qū)分。對于典型汽車目標在頻譜分析中以點目標形式反應，對于其他設施干擾類目標以擴展目標形式反應，由于擴展目標的頻譜比點目標明顯要寬，因此可以從頻譜分析中采用相應算法加以區(qū)分。系統(tǒng)可設定頻譜寬度門限，當小于該門限認為是汽車目標，否則認為是圍欄等干擾目標。對于行人等干擾目標，可設定能量門限，小于該門限即認為是干擾目標，予以剔除。具體門限值應根據(jù)實際試驗確定。
權(quán)利要求1. 一種W波段前車防撞雷達探測系統(tǒng)，所述雷達系統(tǒng)包括發(fā)射天線、接收天線、射頻前端模塊、基帶處理模塊、串行通信接口 ；其特征在于所述射頻前端模塊包括壓控振蕩器(13)、倍頻器(14)、濾波器(15)、放大器(16)、功分器(17)、放大器(18)、混頻器(19)、中頻放大器(20)；所述壓控振蕩器(13)產(chǎn)生的步進調(diào)頻信號經(jīng)倍頻器(14)得到W波段調(diào)頻信號，再輸入濾波器(15)、放大器(16)進行濾波、 功率放大后的W波段調(diào)頻信號經(jīng)功分器(18)等分成兩路輸出，一路由發(fā)射天線(1)發(fā)射出去，另一路輸入混頻器(19)；雙波束接收天線(2)接收到的雙通道回波信號分別經(jīng)過混頻器(19)進行去斜處理，得到差拍信號，所述差拍信號由中頻放大器(20)放大后，輸入基帶處理模塊；所述基帶處理模塊包括放大器(4)、帶通濾波器(5)、數(shù)字程控增益放大器(6)、對消放大器(7)、抗混疊濾波器(8)、數(shù)字信號處理器(9)、可編程邏輯器件(10)、D/A轉(zhuǎn)換器(11)； 差拍信號經(jīng)放大器(4)放大，帶通濾波器(5)濾除噪聲，由數(shù)字程控增益放大器(6)進行增益控制，所述數(shù)字程控增益放大器(6)的控制信號由數(shù)字信號處理器(9)產(chǎn)生；差拍信號經(jīng)放大和帶通濾波，得到所需頻帶內(nèi)的信號，數(shù)字信號處理器(9)控制程控增益放大器(6)進行AGC控制使接收機接收到的信號幅度在一個恰當?shù)姆秶鷥?nèi)；數(shù)字程控增益放大器(6)的輸出信號經(jīng)對消放大器(7)和抗混疊濾波器(8)進入數(shù)字信號處理器(9)進行采樣、FFT處理以及算法判別；對消放大器(7)消除寄生調(diào)幅信號，避免D/A輸出噪聲對靈敏度的影響；抗混疊濾波器(8)濾除高頻信號，避免采樣模糊；輸出的信號進入數(shù)字信號處理器(9)；數(shù)字信號處理器(9)根據(jù)同步信號采樣輸入信號，進行FFT處理后進行算法判別； 所述串行通信接口將產(chǎn)生的判別結(jié)果上傳至上位機進行后續(xù)處理；可編程邏輯器件(10)產(chǎn)生控制信號控制D/A轉(zhuǎn)換器(11)產(chǎn)生三角波步進調(diào)諧電壓信號去控制壓控振蕩器(13)產(chǎn)生步進調(diào)頻信號，同時可編程邏輯器件(10)給出同步信號至數(shù)字信號處理器(9)。
專利摘要本實用新型涉及一種W波段前車防撞雷達探測系統(tǒng)。所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種W波段前車防撞雷達探測系統(tǒng)，采用77GHz頻率即W波段實現(xiàn)前車防撞雷達的系統(tǒng)設計。其特征在于系統(tǒng)采用77GHz頻段，微波射頻前端采用分立元件設計，發(fā)射信號采用連續(xù)波調(diào)頻步進頻體制，壓控振蕩器由高精度D/A產(chǎn)生的步進調(diào)諧信號控制產(chǎn)生，雙波束接收天線接收回波信號，混頻后得到差拍信號，經(jīng)濾波放大和自動增益控制，由數(shù)字信號處理器采集進行FFT處理，通過頻譜分析計算距離速度，并實現(xiàn)多目標判別、車道判別和路況判別。本實用新型不僅具有微波雷達適應全天候工作、抗干擾能力強的特點，而且具有尺寸小、成本低、測距精度高的優(yōu)勢。
文檔編號G01S13/93GK202003029SQ201020695360
公開日2011年10月5日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月30日
發(fā)明者王海濤, 白灝, 陸長平, 陳大海 申請人:上海無線電設備研究所