试析调频连续波车载雷达的原理及其实践

蔡万雄

摘要：在车载雷达检测的使用中，对于微波的利用较为广泛，其中关于微波的雷达的使用也非常的频繁。在本文中，详细的介绍了车载雷达中的调频连续波的距离测定和速度测定，通过对于车载雷达的使用原理进行分析，能够更好的在实际操作中运用出来。

关键词：调频连续波；车载雷达；雷达测距

中图分类号：TP1 8 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）27-6542-02

Abstract： In the use of radar vehicle detection， for microwave use widely， including the use of microwave radar is also very frequent. In this paper， a detailed introduction of the frequency modulated continuous wave radar vehicle in the distance measurement and velocity measurement， were analyzed by using the principle for vehicle borne radar， better in practice use.

Key words： frequency modulated continuous wave radar vehicle radar ranging

在上个世纪的八十年代，对于车载雷达的相关技术就得到了一定的使用，在车辆的发展进程中，利用车载雷达来精确的计算出车辆之间的实际距离，以及车辆周围物体的实际距离，通过模拟不同情况下的车辆行驶情况，来作为行车指导数据指标。其中，最为关键的技术就是车辆行驶速度和距离的测定，下面我们就这两项指标在车载雷达中的测量方式进行详细的说明。

1 车载雷达测算的原理分析

在车载雷达的使用中，利用微波的相关原理，利用其工作方式简单，波长较短，以及可以使天线的长度缩短等优势，更好的行车中测算相关的数据指标，很好的将车辆进行定位。同时在一些极端的天气情况下，靠人眼无法进行识别时，可以借助车载雷达来进行智能化的探测。车载微波雷达使用的形式主要集中为两种：一是利用脉冲式的多普勒雷达，另外一种是调频连续波雷达。前者在使用中主要优势有：对于雷达系统的测量准确度较高、得到的数据较为合理、系统模块的更新程度较高。但是，该系统在实际的使用中并不是很普遍，鉴于其系统的复杂性和成本高等原因。而调频连续波雷达正好弥补这一不足之处。在通过使用连续的波长周期频率对信号进行发生，可以很清晰的在任何时候接收到发出的信号，在最短的时间内得到汽车的距离和速度测算。

为了能够更好的将汽车周围的物体分析出来，便于驾驶人员及时做出相关的分析，在雷达的信号发射区域设置有频率的扫描功能，利用时域中的扫描频率之间的最大值和最小值的差值来定义出信号辐射的区域，由此可以计算出该区域物体的大小，以及运动轨迹。这种方式在对于静态物体的探测方面有很好的效果，对于动态运动的物体，根据探测的速度v来推导出波源的移动方式，在有时间差的情况下，以波长为λ的频率比对波源发出的频率，得到一个关于v/λ的量级变换：

2 调频连续波车载雷达的内部构造

调频连续波车载雷达中，主要的技术原件就是雷达系统的电路，整套系统在低频微波的相关模块配合下来实现波源的发射。在普通的调频连续波车载雷达中，波源的频段控制在63GHz以内，利用单片集成的原理来完成电路的连接。同时在低频信号模块中，利用传感装置来实现信号的生成、信号的传递以及对于信号波长的控制。在单片集成中，使用的单片机是直接与电脑终端相互连接，可以对于电路起到控制和数据分析的作用，在模块的数据采集中，根据不同的采样方式来形成总体的采样数据指标，并在labview软件的协助下，将既有的频率资料进行分析，最终将数据发送到调频连续波接收装置中，并利用滤波的原理，将频率数值转换为需要的速度和距离的数值。

在调频连续波车载雷达的内部构造中，锁相环是信号传输控制的重要环节。锁相环是通过频率合成的方式来将频率整体的提升或是降低，利用多个参考数值来对参数进行分析，以保证不同频率下的形成距离和速度的测算。在锁相环的电路当中，使用了频率的合成装置和低频滤波装置，在整个电路中采用的是分环锁定的连接模式，在频率的合成之后，将数据信息反馈到滤波装置中，并将调频连续波的信号在振荡器中输入，进过频率的倍数升高（降低）来实现不同频率信号发射的目的。接收端利用雷达中的信号信息，得到目标物体的速度和距离，用这样的方式更加明显和快速的得出了车辆行驶中的相关参数指标。并且利用这样的方式可以将调频连续波车载雷达运用在车辆的防撞中。

3 调频连续波车载雷达的实践

调频连续波车载雷达在实践中可以运用在车辆的防撞方面。调频连续波防撞雷达的构造包括：信号的发生器、震动频率器、收发天线、滤波器、锁相环系统、数值分析装置和报警装置。

雷达通过信号的发射，在vco的调制下，由发射天线发出。在信号的传递中，一般产生的信号为三角波形和锯齿波信号，根据vco调制方式不同，信号波长的幅度也会发生一定的变化，这也是评定信号传递稳定性的重要指标，也是后期测算距离和速度的重要参考指标。利用接收天线接收到的信号和之前的发射型号相互混频，得到最终需要模拟出来的低频信号源。考虑到在发射过程中，低频信号在传播的方式上出现衰减的可能性较小，因此无须增加信号的强度，但是在传递的过程中还有其他的信号源的干扰，导致信号有杂波的现象，这就需要对低频信号进行放大处理，进行滤波处理之后才能使用信号数据，并利用A/D的转换，实现信号与数值之间的交换，最终得到处理的数据，计算出车辆周围物体的速度和距离。根据计算结果，报警模块可以根据数据指示做出报警，来提示行驶人员当前状态下的行驶情况，利用这样的方式有效的降低了车辆撞击造成的重大事故。

4 雷达防撞的研究进展

我国在汽车防撞雷达的研究方面比较滞后，多数研究机构都只针对雷达的某一部分进行研究，也取得一些可喜的成果，但是受到器件、成本及技术等方面因素的影响，大多处于实验室阶段，没有实现产业化。中国科学院上海微系统研究所首次研制成功小型防撞雷达，其中关键的雷达前端芯片是国内首次研制成功，拥有独立知识产权，但是制造成本很高，每套系统大约 6000 元。江苏赛博电子有限公司与大专院校合作研制出一款 38GHz 汽车雷达防撞系统。2008 年上海汽车电子工程中心研制出的SAE - 100 毫米波防撞雷达系统样机采用 调频连续波方案，工作频率为 35GHz，测距范围约 10Om。该系统采用 26dB 增益的小型喇 叭 天 线，发 射 功 率 为400mw 的波导前端，尺寸为 9cm × 15cm × 16cm。

电子科技大学对调频连续波雷达的体制和雷达的后期信号处理进行了较为深入的研究。我国现有毫米波雷达主要工作于 40GHz 以下如 24GHz、35GHz等，这主要是由于器件成本以及测试设备方面的限的报道。我国对汽车防撞雷达的研究尚处于起始阶段，还有很多的问题有待解决。

国际上对汽车防撞雷达的研究始于 20 世纪 60年代，研究主要在以德国、美国和日本为代表的西方发达国家内展开。随着微波技术理论及其器件集成技术的高速发展，以及处理器性价比的突飞猛进，使得研制成本降低。再加之各国的ITS（智能交通系统）计划全面启动，对于防撞雷达系统的性能要求也大致达成了共识。于是汽车防撞雷达的研究成为近年来雷达领域的研究热点，并且已经研制出可供装车使用的产品。如美国公共交通管理局研制的一种36GHz 汽车防撞雷达系统，当发现前方 30 ～45m 处有障碍物时可自动刹车。日本研制的一种 60GHz 脉冲多普勒体制汽车防撞雷达系统，作用距离 5 ～150m。丰田汽车公司使用毫米波雷达和 CCD 摄像机对前后车距进行动态监测，车距小于阈值时就发出警报。本田公司使用扇形激光束来扫描雷达传感器，即使在弯道行驶也可以监测前后车辆和障碍物的距离。

5 结束语

在本文中详细的介绍了车载雷达中使用调频连续波对车辆周围物体的速度和距离的测算方式，根据对于发射和接受信号的方式分析得出相应的结果。用这样的方式能够起到很好的车辆防撞功能。在今后的研究中，可以在信号的稳定性和车辆撞击预警方面进行更多的研究，保证车辆在行驶过程中的安全。

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