LFMCW雷達(dá)運(yùn)用于汽車防撞的研究

摘要：隨著現(xiàn)代社會(huì)汽車數(shù)量的日益增多，汽車防撞技術(shù)的研究已成為保障人民生命安全和提高運(yùn)輸業(yè)的關(guān)鍵。課題旨在研究一種汽車防撞系統(tǒng)，保證在該系統(tǒng)正常運(yùn)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(tǒng)利用LFMCW的線性調(diào)頻特性及多普勒效應(yīng)的原理既可測量兩車間距又可實(shí)現(xiàn)相對運(yùn)動(dòng)的判斷，結(jié)合兩者的測量值，實(shí)現(xiàn)有效防撞的功能。主要論述了LFMCW雷達(dá)運(yùn)用于汽車防撞系統(tǒng)中的相關(guān)參數(shù)確定及具體實(shí)現(xiàn)方法，原理分析。
關(guān)鍵詞：汽車防撞；LFMCW；多普勒效應(yīng)；相對運(yùn)動(dòng)

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，汽車的數(shù)量日益增多，汽車運(yùn)輸愈加繁忙，但同時(shí)交通事故也屢見不鮮。因此發(fā)展汽車防撞技術(shù)，對提高汽車智能化水平有重要意義。汽車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，以在危急的情況下，通過報(bào)警或自動(dòng)進(jìn)行某項(xiàng)預(yù)設(shè)定操作如緊急制動(dòng)等，來避免由于駕駛員疲勞、疏忽、錯(cuò)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)著眼于車輛測距技術(shù)。從測量距離和相對速度兩個(gè)角度出發(fā)，實(shí)現(xiàn)有效防撞的效果。

1 安全距離的相關(guān)研究與設(shè)定
1．1 參數(shù)確定
所謂安全行車距離就是指在同一條車道上，同向行駛前后兩車間的距離(后車車頭與前車車尾間的距離)，保持既不發(fā)生追尾事故，又不降低道路通行能力的適當(dāng)距離。由安全距離的計(jì)算公式：
d*=η／(vt+v2／254φ) (1)
可知要求得安全行車距離，需要確定的參數(shù)有本車速度v、反應(yīng)時(shí)間t、輪胎與道路的附著系數(shù)φ、系統(tǒng)調(diào)整系數(shù)η。
1)本車速度v
利用汽車防撞系統(tǒng)的車速傳感器可測得實(shí)時(shí)值。
2)反應(yīng)時(shí)間t
據(jù)有關(guān)專家測定，一般來說，大多數(shù)駕駛員的反應(yīng)時(shí)間在0．30～1100 s之間，再加上剎車系統(tǒng)發(fā)生作用的時(shí)間等因素，總的反應(yīng)時(shí)間在1．30～1．98 s之間，即取值為1．30～1．98 s。
3)輪胎與道路的附著系數(shù)φ
不同路面的附著系數(shù)如表1所示。

4)系統(tǒng)調(diào)整系數(shù)η
為了安全，駕駛員要根據(jù)自己對安全效果的不同要求來設(shè)置調(diào)整系數(shù)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
兩車制動(dòng)停止時(shí)應(yīng)保持一定的間距d0以保證安全。d0選擇得是否合理，對系統(tǒng)的虛警率有一定的影響。理想情況最小可以為0，但國內(nèi)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(tǒng)模型的實(shí)現(xiàn)過程
給定一個(gè)汽車防撞系統(tǒng)，根據(jù)各參數(shù)的影響因素和取值范圍，設(shè)定相應(yīng)參數(shù)：t=1．8 s；η=1．10；d0=5 m。在行車過程中，根據(jù)路面類型的不同，參照表1的數(shù)據(jù)來設(shè)定輪胎與道路的附著系數(shù)φ。根據(jù)計(jì)算可得，在速度相同時(shí)，不同的路面情況得到的安全行車距離不同，且速度越大，得出的安全行車距離差值就越大。因此決定安裝一個(gè)路面情況選擇開關(guān)，采用點(diǎn)觸式開關(guān)實(shí)現(xiàn)，由駕駛員根據(jù)天氣狀況主觀選擇附著系數(shù)，再進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，求出該附著系數(shù)下的安全行車距離。開關(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
如果反射信號來自一個(gè)相對運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，則反射信號中包括一個(gè)由目標(biāo)的相對運(yùn)動(dòng)所引起的多普勒頻移fd。
根據(jù)多普勒原理，目標(biāo)的相對運(yùn)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。
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(shè)法取出f0和fr的差值fd。
經(jīng)典的差拍法是采用相干解調(diào)，將接受信號與發(fā)射信號通過乘法器相乘，經(jīng)低通濾波器后，即可得到所需的差頻信號。