Ghz车载雷达原理与设计大报告
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汽车雷达原理汽车雷达是一种利用电磁波进行测量和检测的技术,常用于车辆的驾驶辅助系统。
本文将介绍汽车雷达的原理和相关参考内容,帮助读者更好地理解和学习汽车雷达技术。
汽车雷达原理如下所述:1. 电磁波的发射和接收:汽车雷达系统通常采用一种被称为“频率调制连续波”(FMCW)的技术。
在雷达中,一台发射器将电磁波以一定的频率和功率发射出去,同时接收器接收从目标物体反射回来的电磁波信号。
2. 距离测量:通过计算发射的电磁波信号从发射到接收的时间差,可以得到目标物体与汽车之间的距离。
这是通过测量电磁波信号的往返时间来实现的。
3. 速度测量:利用多普勒效应,可以通过测量接收到的电磁波信号相对于发射信号的频率变化来计算目标物体的速度。
4. 角度测量:通过使用多个雷达天线或利用雷达的相控阵技术,可以确定目标物体相对于雷达的方向。
5. 目标识别和跟踪:根据接收到的电磁波信号的特征,可以对目标物体进行识别和跟踪,例如区分汽车、人和障碍物等。
参考内容如下:1. 《雷达信号处理及应用》,作者:周加福,出版日期:2010年。
本书详细介绍了雷达信号处理的基本概念和算法,包括距离测量、速度测量、角度测量和目标识别等。
2. 《汽车电子技术与雷达测距系统》,作者:张志强,出版日期:2019年。
该书主要介绍了汽车雷达技术的原理和应用,包括雷达测距系统的构成、电磁波的发射和接收、距离测量和速度测量算法等。
3. 学术论文《一种新型汽车雷达的设计与实现》,作者:李明,发表日期:2015年。
论文详细介绍了一种新型汽车雷达的设计原理和实现方法,包括天线设计、信号处理和目标识别算法等。
4. 网络资源《汽车雷达技术的发展与应用》,来源:中国汽车工程学会。
该文从历史的角度出发,介绍了汽车雷达技术的发展历程和应用领域,对雷达技术的原理和发展趋势进行了阐述。
总之,了解汽车雷达的原理和技术对于理解和应用雷达技术至关重要。
以上提到的参考内容涵盖了雷达信号处理、雷达技术的原理和应用等方面的知识,有助于读者更好地理解汽车雷达的工作原理。
测绘技术中的车载激光雷达原理与数据处理方法详解车载激光雷达(Mobile LiDAR)作为一种新兴的测绘技术,以其高精度、高效率的特点,在地理信息、城市规划、交通管理等领域得到了广泛应用。
本文将详细介绍车载激光雷达的原理以及相关的数据处理方法。
一、激光雷达原理激光雷达利用激光束对目标进行扫描,通过测量激光束的往返时间和方向来获取目标的三维坐标信息。
车载激光雷达由激光器、接收器、扫描镜头和数据处理系统等部件组成。
1. 激光器:激光器产生高能量的激光束,通常采用固态激光器或半导体激光器。
2. 接收器:接收器接收激光束反射回来的信号,通常采用高灵敏度的光电探测器。
3. 扫描镜头:扫描镜头通过旋转或振动将激光束聚焦在不同方向上,实现对目标的全面扫描。
4. 数据处理系统:数据处理系统将接收到的激光点云数据进行坐标转换、滤波、配准等处理,生成三维点云模型。
二、数据处理方法车载激光雷达获取的点云数据量庞大,如何高效地处理这些数据成为了一个关键问题。
以下介绍几种常见的数据处理方法。
1. 数据滤波:由于车载激光雷达工作环境复杂,可能受到树木、电线等干扰,导致点云数据中存在噪点。
常用的数据滤波方法有高度阈值滤波、曲率滤波等,可以去除噪点,提高数据的精度和稳定性。
2. 地面提取:在车载激光雷达的应用中,往往需要提取地面信息,例如用于数字地图、道路设计等。
地面提取方法通常利用点云数据的高度信息,结合地形特征进行分析,通过平面拟合或者分割算法提取地面点。
3. 物体识别:车载激光雷达可以对道路上的物体进行自动识别,例如车辆、行人等。
物体识别方法往往基于机器学习或深度学习技术,通过对点云数据进行特征提取和分类,实现对不同物体的准确识别和定位。
4. 三维重建:车载激光雷达可以将获取的点云数据进行三维重建,生成真实世界的模型。
三维重建方法通常利用基于体素的体素网格分割算法,在处理大规模点云数据时具有较高的效率和精度。
5. 室内定位:车载激光雷达不仅可以在室外环境中使用,也可以应用于室内定位。
24GHz汽车毫米波雷达实验报告是德科技射频应用工程师王创业1. 前言汽车毫米波雷达越来越多的被应用在汽车上面,主要作为近距离和远距离探测,起到防撞、辅助变道、盲点检测等作用。
随着器件工艺和微波技术的发展,毫米波雷达产品越来越小。
俗话说:“麻雀虽小,五脏俱全”,同样汽车毫米波雷达作为典型的雷达产品,也包含收发天线、发射部分、接收部分、DSP部分。
典型原理框图如图1所示。
汽车毫米波雷达的性能指标主要体现在测速精度、定位精度、距离分辨率、多目标识别等方面,要实现这些性能和功能,首先要做好整体系统的设计和仿真,其次对于各功能部分的性能指标要严格把控测试,最后要在实际现场环境完成测试考核。
汽车毫米波雷达体制上面主要有线性调频连续波FMCW体制雷达、频移键控FSK体制雷达、步进调频连续SFCW体制雷达。
不同体制雷达在产品实现复杂程度和应用上都是有区别的。
FMCW体制雷达可以同时探测到运动目标和静止目标,但是不可以同时探测多个运动目标。
电路需要比较大的带宽。
FSK体制雷达,可以同时探测并且正确区分开来多个运动目标,但是不可以正确测量静止目标。
电路带宽比窄,系统响应捕获比较慢,成本比FMCW体制要低很多。
SFCW体制雷达,可以同时探测多个静止和运动的目标,并且将各个目标正确区分开来。
SFCW体制雷达具有更为复杂的调制波形,信号处理也更为复杂,产品实现成本高。
2.实验目的在汽车毫米波雷达系统研制过程中,经常会碰到各式各样的问题,譬如系统波形的选择和设计、系统链路的设计、信号处理算法的选择、微波电路的设计调试、天线的设计。
主要的问题主要体现在系统方案、处理算法模拟、微波电路指标调试及对系统性能的影响上。
典型的例子,在FMCW雷达系统,雷达探测距离分辨率不仅与信号的调制带宽有关,还与FMCW调制的线性度有关。
利用是德科技平台化解决方案,即软件+硬件+工程师,可以很容易的实现雷达系统设计仿真、处理算法验证、微波电路设计测试、天线设计测试。
车载雷达的系统设计与性能分析研究随着车辆自动驾驶技术的快速发展,车载雷达系统作为重要的感知设备在车辆安全性能中起到了至关重要的作用。
本文将对车载雷达的系统设计和性能分析进行研究,探讨其在车辆自动驾驶和智能交通系统等领域的应用。
一、车载雷达系统设计1. 雷达系统的组成部分车载雷达系统主要由发射机、接收机、天线以及信号处理单元组成。
发射机负责产生高频电磁波,并将其发送至外界;接收机接收从目标反射回来的电磁波信号;天线负责发送和接收电磁波信号;信号处理单元将接收到的信号进行处理和分析。
2. 雷达天线的选择与布局在车载雷达的系统设计中,天线是至关重要的组成部分。
天线的选择和布局将直接影响系统的性能和效果。
常见的雷达天线包括单极点天线、双极点天线和阵列天线。
根据不同的应用需求,选择适合的天线类型,并合理布置位置,以确保雷达系统能够获取准确而稳定的信息。
3. 信号处理算法信号处理算法是车载雷达系统中的重要环节。
根据不同的应用需求,可以采用不同的信号处理算法来提高雷达系统的检测和跟踪能力。
常用的几种算法包括最小二乘法、卡尔曼滤波、多普勒处理和波束形成等。
选择合适的信号处理算法,可以大大提升雷达系统的灵敏度和抗干扰能力。
二、性能分析研究1. 检测距离与分辨率车载雷达的性能指标之一是检测距离和分辨率。
检测距离指的是雷达系统能够检测到目标的最大距离,而分辨率则是指雷达系统能够识别目标的能力。
在设计过程中,需要根据实际需求平衡这两个指标,以达到最佳的系统性能。
2. 雷达系统的抗干扰能力车载雷达系统面临着各种干扰源,如电源干扰、多径效应干扰、天气干扰等。
为了保证雷达系统的正常工作,需要对这些干扰源进行分析,并采取相应的抗干扰措施。
例如,可以采用数字滤波器来抑制电源干扰,采用多普勒处理算法来抵抗多径效应干扰。
3. 雷达系统的精度与速度测量车载雷达系统在自动驾驶和智能交通系统中要求能够精确测量目标的位置和运动速度。
为了实现对目标的准确追踪,需要对雷达系统的精度和速度测量能力进行研究和分析。
车载雷达的原理
车载雷达是一种利用电磁波进行测距和探测的装置,常被用于车辆导航系统中的障碍物探测和防撞功能。
它的工作原理可以简单概括为以下几个步骤。
首先,车载雷达会发射一束电磁波,通常是微波或者激光波段的波束。
这个波束在发射时是由雷达天线导向的,形成一个较窄的波束。
当波束遇到前方的物体时,一部分电磁波会被这个物体反射回来。
这些反射回来的电磁波会被车载雷达的接收天线接收到,并传递给雷达系统的电路。
接着,雷达系统会分析接收到的反射信号。
通过计算反射信号的时间延迟和相位差,可以确定物体与车辆之间的距离和位置。
同时,雷达系统还会分析反射信号的强度。
通过分析强度的变化,可以判断障碍物的材质、大小和形状等信息。
这些信息可以用于判断障碍物对车辆的威胁程度,并作出相应的预警或控制动作。
最后,车载雷达系统会将分析的结果传递给车辆导航系统或防撞系统,以便驾驶员能够及时获得有关障碍物的警示或执行相应自动控制动作。
综上所述,车载雷达通过发射和接收电磁波来实现对障碍物的探测和测距。
通过分析反射信号中的时间延迟、相位差和强度
变化等参数,可以获取有关障碍物的位置、距离和特征信息。
这些信息对于车辆导航和防撞系统的正常运行至关重要。
雷达原理及测试方案1 雷达组成和测量原理雷达(Radar)是Radio Detection and Ranging的缩写,原意“无线电探测和测距”,即用无线电方法发现目标并测定它们在空间的位置。
现代雷达的任务不仅是测量目标的距离、方位和仰角,而且还包括测量目标速度,以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。
1.1 雷达组成图1 雷达简单组成框图图2 雷达主要组成框图雷达主要由天线、发射机、接收机、信号处理和显示设备组成,基本组成框图如图1所示。
通常雷达工作频率范围为2MHz~35GHz,其中超视距雷达工作频率为2~30MHz,工作频率为100~1000MHz范围一般为远程警戒雷达,工作频率为1~4GHz范围一般为中程雷达,工作频率在4GHz以上一般为近程雷达。
的高频脉冲串。
天线采老式雷达发射波形简单,通常为脉冲宽度为τ、重复频率为Tτ用机械天线,接收信号处理非常简单。
这种雷达存在的问题是抗干扰能力非常差,无法在复杂环境下使用。
由于航空、航天技术的飞速发展,飞机、导弹、人造卫星及宇宙飞船等采用雷达作为探测和控制手段,对雷达提出了高精度、远距离、高分辨力及多目标测量要求,新一代雷达对雷达原有技术作了相当大的改进,其中频率捷变和线性相位信号、采用编码扩频的低截获概率雷达技术、动态目标显示和脉冲多普勒技术是非常重要的新技术。
表1 雷达频率分段1.2 雷达测量原理1) 目标斜距的测量图3 雷达接收时域波形在雷达系统测试中需要测试雷达到目标的距离和目标速度,雷达到目标的距离是由电磁波从发射到接收所需的时间来确定,雷达接收波形参见图3,雷达到达目标的距离R为:式(2) R=0.5×c×tr为来回传播时间式中c=3×108m/s,tr2) 目标角位置的测量目标角指方位角或仰角,这两个角位置基本上是利用天线的方向性来实现。
雷达天线将电磁能汇集在窄波束内,当天线对准目标时,回波信号最强。
超高速通信电路与系统技术概论课程报告小组成员:学院:信息科学与工程学院指导老师:二零一七年六月24GHz车载雷达原理与设计1.研究背景与车载雷达的发展与应用1.1研究背景自从1904年德国工程师里斯蒂安在柏林皇家专利会上取得了雷达设计的发明专利以后,雷达的发展可谓是日新月异。
雷达最初的目的在于无线电检测和测距,辐射出能量并检测反射回来的波,根据时间差可计算出与目标物体之间的距离。
现在技术较为成熟的是调频连续波雷达,一个频率连续变化的波,其中一部分波束信号作为参考物,另一部分波束信号辐射出去,经过目标物体局部反射后的信号与参考信号进行混频从而产生一个差频信号,通过信号处理则可以得到距离。
这种技术不仅精度极高,同时成本较低,因此广为流行。
据调查统计,追尾是交通事故最主要的发生形式,尤其是高速公路上的超速现象和雨雪雾霾天气更是事故的导火索。
交通事故大多数是驾驶员没有意识到前方车辆距离自身车辆太近或者完全来不及反应所造成的,如果驾驶员能提前0.5秒意识到危险的靠近,那么交通事故将减少至少一半。
对此,目前已采取了许多措施,其中主要有安全带、安全气囊和保险杠等,但这都只是“治标不治本”。
要想从根本上解决问题,汽车安全间距检测系统的存在必不可少。
汽车安全间距检测系统主要的作用为停车辅助和防止碰撞。
停车辅助是指驾驶员在倒车时倒车雷达会帮助他们探测后视镜看不见的物体,通常是用来探测后方物体的距离,当距离过小存在危险时,警报会发出声响提醒驾驶员注意,通常距离越小警报声显得越危急。
除此之外,碰撞避免是指在碰撞快要发生时发出警报提醒驾驶员及时作出应对,减少驾驶员的反应时间,极大程度地避免了碰撞的发生。
该系统同样也是以雷达为基础,雷达如图1.1所示,它不断探测周围车辆的距离和速度,不仅会发出警报,必要时也会自动拐弯或是减速。
由此可见,汽车安全间距检测系统对于减少交通事故的发生起着不可替代的关键作用。
图1-1防撞雷达示意图由于交通事故率每一年都在上涨,汽车雷达得到了业内人士越来越多的关注,从上个世纪70年代至今,渐渐出现了超声波、激光、红外、微波等多种方式的汽车雷达系统。
汽车雷达工作总结报告
随着科技的不断发展,汽车雷达技术已经成为了汽车行业中不可或缺的一部分。
汽车雷达是一种利用无线电波进行测距和测速的设备,它可以帮助驾驶员在行驶过程中更加安全和便捷地驾驶车辆。
在这篇报告中,我们将对汽车雷达的工作原理和应用进行总结和分析。
汽车雷达的工作原理主要是利用无线电波的回波来进行测距和测速。
当雷达发
射器发射出一束无线电波时,它会遇到前方物体并产生回波,接收器会接收到这些回波并计算出物体的距离和速度。
通过这种方式,驾驶员可以及时发现前方的障碍物并做出相应的驾驶调整,从而提高行车安全性。
在汽车雷达的应用方面,它主要用于自动驾驶系统、自适应巡航控制系统和紧
急制动系统等方面。
自动驾驶系统可以利用雷达技术来感知周围环境并做出相应的驾驶决策,从而实现无人驾驶。
自适应巡航控制系统则可以根据前方车辆的距离和速度自动调整车速,提高行车的舒适性和安全性。
紧急制动系统则可以利用雷达技术来监测前方的障碍物并在必要时自动进行紧急制动,避免碰撞事故的发生。
总的来说,汽车雷达技术在汽车行业中发挥着重要的作用,它可以帮助驾驶员
更加安全和便捷地驾驶车辆。
随着科技的不断进步,相信汽车雷达技术在未来会有更广阔的应用前景。
车用毫米波雷达技术原理简介车用毫米波雷达技术原理简介1. 毫米波雷达技术简介毫米波雷达技术是一种利用毫米波进行无线通信和雷达测距的技术。
相比传统的微波雷达技术,毫米波雷达具有更高的频率和更短的波长,能够提供更高的分辨率和更精确的测距能力。
2. 车用毫米波雷达的应用车用毫米波雷达技术是现代汽车中常见的安全辅助系统之一。
它可以帮助驾驶员实时监测周围环境,提供对车辆、障碍物和行人的检测和跟踪。
基于车用毫米波雷达的系统可以实现自适应巡航控制、碰撞预警、盲点检测等功能,大大提升行车安全性。
3. 车用毫米波雷达技术原理车用毫米波雷达技术的原理是将盲目发射的毫米波信号通过天线发射出去,然后接收回波信号。
通过计算发射信号与接收信号之间的时间差以及回波信号的相位和频率变化,可以获得目标物体的距离、速度、角度等信息。
4. 发射与接收车用毫米波雷达系统中,天线扮演着重要的角色。
发射时,天线通过放大器将电信号转化为高频信号,并将其辐射到周围空间。
接收时,天线接收到回波信号后,通过放大器将其转化为电信号,并将其送到信号处理单元进行分析处理。
5. 信号处理车用毫米波雷达系统的信号处理单元负责对接收到的信号进行处理和分析。
它可以通过数字滤波、目标检测和跟踪算法等技术,提取目标物体的特征信息,并计算其距离、速度和角度等参数。
6. 多普勒效应在车用毫米波雷达系统中,多普勒效应是一个重要的原理。
多普勒效应是指当目标物体相对于雷达运动时,回波信号的频率会发生变化。
通过测量回波信号的频率变化,可以计算出目标物体的速度信息。
7. 角度解析车用毫米波雷达系统可以通过波束形成、波束扫描和波束跟踪等技术来实现对目标物体的角度解析。
通过将发射信号和接收信号分别经过不同的天线元件,可以确定目标物体相对于雷达的角度位置。
8. 障碍物检测与跟踪基于车用毫米波雷达技术的系统可以实现对车辆、障碍物和行人的检测和跟踪。
它利用毫米波雷达的高分辨率和高精度的测距能力,可以在复杂的道路环境中准确地识别和追踪目标物体,提供驾驶员所需的信息并发出警报。
超高速通信电路与系统技术概论课程报告小组成员:学院:信息科学与工程学院指导老师:二零一七年六月24GHz车载雷达原理与设计1.研究背景与车载雷达的发展与应用1.1研究背景自从1904年德国工程师里斯蒂安在柏林皇家专利会上取得了雷达设计的发明专利以后,雷达的发展可谓是日新月异。
雷达最初的目的在于无线电检测和测距,辐射出能量并检测反射回来的波,根据时间差可计算出与目标物体之间的距离。
现在技术较为成熟的是调频连续波雷达,一个频率连续变化的波,其中一部分波束信号作为参考物,另一部分波束信号辐射出去,经过目标物体局部反射后的信号与参考信号进行混频从而产生一个差频信号,通过信号处理则可以得到距离。
这种技术不仅精度极高,同时成本较低,因此广为流行。
据调查统计,追尾是交通事故最主要的发生形式,尤其是高速公路上的超速现象和雨雪雾霾天气更是事故的导火索。
交通事故大多数是驾驶员没有意识到前方车辆距离自身车辆太近或者完全来不及反应所造成的,如果驾驶员能提前0.5秒意识到危险的靠近,那么交通事故将减少至少一半。
对此,目前已采取了许多措施,其中主要有安全带、安全气囊和保险杠等,但这都只是“治标不治本”。
要想从根本上解决问题,汽车安全间距检测系统的存在必不可少。
汽车安全间距检测系统主要的作用为停车辅助和防止碰撞。
停车辅助是指驾驶员在倒车时倒车雷达会帮助他们探测后视镜看不见的物体,通常是用来探测后方物体的距离,当距离过小存在危险时,警报会发出声响提醒驾驶员注意,通常距离越小警报声显得越危急。
除此之外,碰撞避免是指在碰撞快要发生时发出警报提醒驾驶员及时作出应对,减少驾驶员的反应时间,极大程度地避免了碰撞的发生。
该系统同样也是以雷达为基础,雷达如图1.1所示,它不断探测周围车辆的距离和速度,不仅会发出警报,必要时也会自动拐弯或是减速。
由此可见,汽车安全间距检测系统对于减少交通事故的发生起着不可替代的关键作用。
图1-1防撞雷达示意图由于交通事故率每一年都在上涨,汽车雷达得到了业内人士越来越多的关注,从上个世纪70年代至今,渐渐出现了超声波、激光、红外、微波等多种方式的汽车雷达系统。
表1-1各种雷达技术方案比较毫米波是指波长为1-10毫米、频率为30GHz-300GHz的电磁波。
根据表1-1所示,毫米波具有抗干扰能力强、穿透力强、气候影响小以及体积小重量轻的优点。
除此之外,毫米波有较大的多普勒带宽,多普勒效应明显,测量精度高,因此汽车毫米波雷达显然是研究人员设计与研究的重中之重,具有良好的商业价值和广阔的发展前景。
虽然各类雷达的结构不同,但是所有的雷达都至少包括五个基本的部分:发射机、发射天线、接收机、接收天线和显示设备。
而研究的重点则是汽车雷达的主要核心部件——雷达接收机。
目前市面上普遍存在的车载雷达使用频率主要集中在24GHz,60GHz与77GHz这三个频率。
由于这三个频率附近的波在空气中衰减较大,因此不会对人体和其他电子设备造成太大的影响。
FCC(FederalCommunicationCommission)规定24GHz作为短距离车载雷达的标准频率,而另外两种则是长距离车载雷达的标准频率。
长距离车载雷达技术要求极高,且价格昂贵,因此一般用于高级轿车。
而短距离车载雷达性价比极高,精度高、体积合适,是未来雷达发展的重点。
1.2车载雷达的发展与应用从上世纪六十年代至七十年代末,由于微波理论水平较低、器件集成度较低、硬件成本高等不利因素,各国所研制的车载雷达存在着很大的差异。
从七十年代以后,车载雷达的体积因为频率的增加而逐渐减小,但由于技术达不到要求,发展速度缓慢。
但在八十年代以后,随着微波理论的日趋成熟以及技术水平的大大提升,欧洲、美国和日本等都研究出了性能极强、体积合适的车载雷达,并开始投入使用。
目前,汽车毫米波雷达系统的研究主要集中在国外,工作频率为77GHz的车载雷达研究及发展最为良好,具体情况如表1-2所示。
相比之下,国内对汽车雷达研究显得太过年轻,尚在起步阶段,研究的热点和难点在于贴片天线和集成化前端雷达系统等。
表1-2国外汽车毫米波雷达的发展状况早期德国ADC公司曾利用了脉冲测距,出产了ASR100毫米波雷达,之后Denso公司、日本丰田公司与三菱公司开始合作,运用先进的相控阵技术,生产了汽车毫米波雷达,该雷达采用了调频连续波测距方式,具有良好的抗干扰能力。
从上个世纪70年代开始,车载雷达发展开始集中在了微波频率段。
在欧洲,欧洲电信标准协会(ETSI)管理频率分配,拨出24.05到24.25GHz这个频段用于车载雷达。
在美国,联邦通信委员会(FCC)要求超宽带车载雷达系统操作频率为22到29GHz。
除此之外,在欧洲还成立了短程汽车雷达频率分配联盟(SARA),这使得车载雷达在24GHz、77GHz等频段得以顺利发展。
相比于欧美各国,我国对车载雷达的研究起步相对较晚,但是国内源源不断的人才涌出开始了进行汽车防撞雷达系统的研究。
2001年,中国科学院上海微系统所研究出了工作频率在35GHz,LFMCW体制的毫米波雷达系统,取得了不俗的成绩。
该雷达利用周期性三角波作为调制信号,射频前端采用波导结构,采用喇叭天线并利用DSP芯片完成信号处理,其测距范围大于100m,测速范围大于lOOkm/h。
四年以后,该所又研制出我国首个24GHz全芯片集成小型防撞雷达。
除此之外,国内各高校也纷纷开展了对车载雷达的研究,但大多处于实验阶段,并未形成产业化,各方面来说都与国际先进水平有所差距,但这极大地推动了我国车载雷达的发展。
随着半导体微波源的进步,以及计算微控制器和数字信号处理芯片的发展,车载雷达实现了商业化。
虽然存在很多竞争对手如红外波和超声波,但毫米波凭借其不易受影响的特点,依然在车载雷达发展中占重要地位。
对于车载雷达,系统功能和总成本也是应该考虑的,并且还需要考虑如何实现良好的营销来吸引客户,才能投入大量的使用,继而促使现代车载雷达在碰撞报警系统(FCWS),向前主动避撞系统(FCAS)以及自适应巡航控制系统(ASS)的发展,实现良性循环。
伴随着毫米波技术的日益成熟,车载雷达的功能也日趋复杂。
最开始的低级碰撞报警系统发展成为了高级自动巡航系统,实现了监控车距和车速、自动控制车速、可导航定位等功能的突破。
不久的未来,车载雷达系统将不断进步,继而识别与分类不同目标,并对交通情况实时成像,以实现雷达通信一体化。
雷达接收机作为车载雷达的核心部件至关重要,但是仍然需要继续深入研究其他部件如混频器、低噪声放大器等。
总体来说,24GHz车载雷达的高精确,小型化,低成本仍然是行业发展的目标。
2雷达系统原理与方案2.1工作原理毫米波雷达的工作体制主要有脉冲体制和调频连续波(FMCW)体制。
调频连续波雷达其基本原理是首先产生一个频率连续变化的波,一小部分的波束信号被用作参考信号,另外一大部分波束信号被天线辐射出去。
发射信号在传播过程中假如遇到目标则局部反射,反射回来的信号被接收天线接收并与参考波束进行混频,从而产生一个差频信号,后期的信号处理电路便可从中频信号中提取出目标的距离速度等讯息。
调频连续波雷达系统框图如图2-1所示。
图2-1调频连续波雷达系统框图脉冲雷达框图如图2-2所示,其测距时由于重复频率高会产生测距模糊,为了辨别模糊就需要对周期辐射的脉冲信号加上某些可以识别的标志,调频脉冲串就是一种方法。
脉冲频率调制(PFM)方法一般被用来测距,脉冲频率调制(PFM)的调制信号频率随输入信号的幅值变化,而占空比不变。
因为调制信号常常为频率变化的方波信号,所以PFM也称为方波FM。
图2-2脉冲雷达框图2.2FMCW体制2.2.1调频连续波测距FMCW雷达系统的发射机产生连续高频等幅波,一般采用三角波进行调制,使其频率在时间上按照三角形规律变化。
无线电波传播过程中遇到目标发生反射,接收天线接收到回波信号,在这段时间内,发射机的频率较回波频率己经发生变化,将发射机直接耦合的信号与接收天线接收到的目标回波通过接收机的混频器,输出差频信号,通过对差频信号的测量可以计算出目标的距离。
图2-3静止目标下三角波调制FMCW雷达工作原理目标距离R和中频信号频率的关系式:2.2.2调频连续波测速当反射回波来自运动目标时,相对速度造成了多普勒频移,使中频信号的频率相对于静止时有所升高或降低,包含了距离与速度的信息。
图2-4运动目标下三角波调制FMCW雷达工作原理设目标距离为R,相对径向速度为v的运动目标产生的多普勒频率为,设三角波上升沿和下降沿输出中频信号频率分别是和,为发射信号波长可得:其中:目标靠近时v的符号位正,目标远离时v的符号为负。
扫频天线的测角原理如图2-5。
天线的波束随着频率的变化摇头,当天线的波束指向被测物体,会产生一个功率大的反射波。
通过计算,可以得到被测物体的角度。
图2-5天线测角原理2.3脉冲体制脉冲多普勒雷达是利用信号频域特性分辨和检测目标的脉冲雷达。
目标和干扰物相对于雷达的径向速度不同,回波信号也有不同的多普勒频率。
可用频域过滤的方法选出目标的多普勒频率谱线,滤除干扰杂波的谱线,使雷达从强杂波中分离和检测出目标信号[3]。
两者优缺点比较如下:表2-1FMCW体制与脉冲体制对比FMCW体制脉冲体制综上,FMCW是在连续波雷达的基础上发展起来的,同时又具备了许多连续波和脉冲雷达所不具有的特点,一般汽车雷达系统倾向于采用结构简单,成本较低,适合做近距离探测的连续波雷达体制。
2.4简单的射频系统方案这里以车载雷达系统方案为例,一般都会采用FMCW体制。
图2-6基本雷达系统框图一个完整的雷达系统主要包括如图2-6的几个部分:发射机、接收机、信道与噪声等,对应实际中的微波组件即发射组件、接收组件、天线与射频源。
3发射链路设计3.1发射链路设计方案论文所设计的发射链路主要包括三个部分:压控振荡器、功率放大器、功率分配器。
其中,压控振荡器通过调谐电压产生调频连续波信号,功率放大器把发射信号放大到所需要的功率范围,功率分配器将输出功率分为两路:一路作为本振信号输入混频器,另一路作为发射信号由天线发出。
发射链路设计框图如图3-1所示。
图3-1发射链路框图3.2压控振荡器的设计振荡器是将直流电源能量转化成交流能量的电路,为了在没有外部输入信号的情况下产生自我维持的输出振荡信号,振荡器自身需要有正反馈和足够的增益,用来克服反馈路径上的损耗,同时需要具备选频网络。
影响振荡器性能的主要指标包括振荡频率、振荡幅度、线性度和相位噪声等。
论文需要产生中心频率24.5GHz,带宽500MHz的调频信号,调制信号为频率1kHz的三角波信号。
这里以Hittite公司生产的HMC739LP4E芯片为例,这是一款异质结双极晶体管单片微波集成电路,将谐振器、负阻元件、可变电容二极管一体化,具有很好的相位噪声性能。