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防撞|基于DSP的汽车防撞雷达系统设计，快去给自己的车也搞一个( 二 )


毫米波是指波长介于 1～10mm 之间的电磁波 ， 毫米波雷达测距在原理上和以上几种测距方式类似 ， 但它克服了其他几种探测方式在汽车防撞运用中的缺点 。
毫米波雷达的主要特征有：
1） 稳定的探测性能 。不受被测物体表面形状、颜色等的影响；对大气紊流、气涡等具有适应性 。
2） 良好的环境适应性 。毫米波雷达的穿透能力很强 ， 其测距精度受雨、雪、雾及阳光等天气因素和杂音、污染等环境的影响较小 ， 可以保证车辆在任何天气下的正常运行 。
从以上比较可以明显看出毫米波雷达比其他方式有更大的优越性 ， 能够适应汽车防撞系统的要求 。同时 ， 更令人感兴趣的是 ， 毫米波雷达不仅可以测量目标距离 ， 而且还可以测量目标物体的相对速度及方位角等参数 ， 使汽车在恶劣气候条件下实现盲行成为可能 。此外 ， 在相同的测量条件下毫米波雷达结构简单、分辨率高、天线部件尺寸小 。
三．雷达目标探测的工作原理
根据测距原理的不同 ， 毫米波雷达测距有脉冲雷达和调频连续波（FMCW）雷达两种 。
1． 脉冲雷达
脉冲测距的原理（如图 1 所示）是通过判断发射脉冲信号与目标反射脉冲信号之间的时间差τ ， 结合毫米波的传播速度 ， 计算两车的间距 R［3］ 。
防撞|基于DSP的汽车防撞雷达系统设计，快去给自己的车也搞一个
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脉冲测距方式原理虽然简单 ， 主要是判断发射信号和反射信号之间的时间差 ， 但是在具体的技术实现上存在一定的难度 。主要问题在于：对于脉冲雷达系统 ， 当目标距离很近时 ， 发射脉冲和接收脉冲之间的时间差非常小 ， 这就要求系统采用高速信号处理技术 ， 从而使近距离测距变得十分复杂 ， 成本也大幅上升 。因此该方式实用性不强 。
2. 调频连续波（FMCW）雷达
与脉冲雷达相比 ， FMCW 具有所需发送功率低 ， 信号处理复杂程度低及成本低廉的显著优点 。目前在汽车防撞研究中得到广泛的应用和研究 。因此 ， 本文将重点介绍调频连续波（FMCW）雷达 。
1）测距原理
雷达系统通过天线向外发射一列连续调频毫米波 ， 并接收目标的反射信号 。发射波的频率随时间按调制电压的规律变化 。反射波与发射波的形状相同 ， 只是在时间上有一个延迟τ ， τ与目标距离 R 的关系同样可用式（1）表示 。
2）测速原理
如果反射信号来自一个相对运动的目标 ， 则反射信号中包括一个由目标的相对运动所引起的多普勒频移 fd 。
根据多普勒原理 ， 目标的相对运动速度可用式（2）表示：
四．基于 DSP 的汽车防撞探测技术
车载微波探测雷达设计的目的就是及早探测到路况复杂、能见度差的地段上有潜在的危险目标 ， 将测得的信息转换为指令 ， 为驾驶员提供减速、制动、转向、停车等警示信息 。由于车辆行驶过程中雷达接收的信号十分复杂 ， 包含多种杂波成分 ， 需要进行大量复杂的数字信号处理运算 ， 对雷达视域内的多个目标进行检测、分类、识别、跟踪 ， 同时报警 ， 所以考虑采用高性价比的 DSP 芯片来完成 。该系统可分为两个部分组成：FMCW 前端和 DSP 单元 。FMCW 前端将安装在车辆的外面 ， DSP 单元则安装在驾驶员旁边 ， 两者用隐蔽的电线相连 ， 不影响车辆的性能和外观 ， 方便实用 。
整个系统框图如图 2 所示：
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1．信号发射 / 接收单元
压控振荡器（VCO）在 DSP 编码产生的三角波电压控制下 ， 产生调频连续波信号经天线向外辐射 。由于本系统利用雷达回波信号来测量距离和速度 ， 对发射信号的频率稳定性和线性度要求很高 ， 因此采用集成微波组件作为发射 / 接收单元 。回波信号与发射波信号进行混频 ， 得到中频差拍信号并输出 。


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