智能車船防撞雷達專利技術(shù)

1.技術(shù)領(lǐng)域

本文論述從多項申請專利中精選出的一組相互獨立、技術(shù)各有所長、可滿足不同環(huán)境和應(yīng)用層次的車、船“智能”防撞雷達。

2.背景技術(shù)

目前，汽車及其他機動車大量增多，給人們出行帶來便捷的同時道路擁擠超負荷，時有車輛違章闖紅燈、超車搶道、超速、超載，車道路況時刻存在危險，駕駛經(jīng)驗不足或交通法規(guī)意識淡薄是安全隱患，車禍頻繁發(fā)生造成大量的人員傷亡和重大的財產(chǎn)損失，已成為全世界嚴重的社會問題，美、歐、日本等國投入大量人力和物力研制先進防撞雷達，由于防撞雷達工作環(huán)境和條件十分苛刻，技術(shù)要求很高，有不少難題需解決。

海洋航運和內(nèi)陸江河湖泊航運、漁業(yè)迅速發(fā)展，船只大量增多，港口、航道越來越擁擠，尤其兩船或多條船交匯時其慣性力沖擊掀起大波浪，影響航向使船只不易正確操縱，導(dǎo)致船只相互碰撞或撞擊橋墩，嚴重時沉船甚至橋梁塌陷，暴風(fēng)雨等惡劣天氣引發(fā)事故概率更大，迫切需要先進防撞雷達保障航行安全。

分析現(xiàn)有技術(shù)FM-CW調(diào)頻連續(xù)波防撞雷達局限于檢測單一目標(biāo)，調(diào)頻信號單一頻率、波形作為檢測信號標(biāo)志，不能對觀察區(qū)域內(nèi)所有目標(biāo)同時無模糊測距測速。多目標(biāo)間距近，相鄰目標(biāo)回波交調(diào)重疊檢測數(shù)據(jù)很難分辨鑒別，同一區(qū)域相鄰車道或航道防撞雷達相互干擾，降低檢測性能甚至無法正常工作，難以應(yīng)對行駛過程中復(fù)雜多變的險情。隨機信號連續(xù)波雷達雖有很高的抗干擾能力，有望在同一區(qū)域電磁兼容性EMC問題得到解決，但因天線發(fā)射輻射泄漏，阻塞回波檢測，且對可能發(fā)生碰撞的大小目標(biāo)，距離遠近分辨力單一。減輕相對方向相互干擾，窄波束天線觀察視域減小，道路彎曲存在盲區(qū)。反射式天線價高、掃速慢，抗振防塵差，而微帶天線損耗大。簡單顯示器缺少全景信息圖像。脈沖雷達發(fā)射脈寬遮擋回波的盲距，不宜近距防撞。汽車行駛在高速公路上缺少后視預(yù)警，常有追尾相撞?，F(xiàn)有車船防撞雷達缺少用傳感器構(gòu)成閉環(huán)控制，缺少天線難以適應(yīng)控制和避障、減速及剎車的智能控制，能見度差或行駛遇險情不能及時幫助司機解危避免事故的需要。

3.總體發(fā)明內(nèi)容

本組發(fā)明總體上設(shè)為：采用準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡天線陣列收發(fā)，數(shù)字信號處理器DSP按車道或航道轉(zhuǎn)換波束警戒可能發(fā)生碰撞的目標(biāo)，路況或水面攝像、速度傳感、衛(wèi)星定位GPS數(shù)據(jù)微控制器MCU控制時分信道調(diào)頻或調(diào)相，時分脈沖異步檢測，射頻經(jīng)上變頻、R/T、倍頻與功放、環(huán)形器、波束開關(guān)、天線陣列發(fā)射，回波經(jīng)天線陣列、波束開關(guān)、環(huán)形器、R/T、低噪聲高放、分諧波混頻器、中放、多通道信號提取異步選通門選取，再經(jīng)I/Q相干檢波、脈壓相關(guān)匹配濾波、A/D轉(zhuǎn)換，DSP片內(nèi)分組時分復(fù)用數(shù)據(jù)重排、快速傅里葉變換FFT、距離旁瓣抑制、MTI動目標(biāo)顯示、恒虛警處理CFAR，雙口RAM匯接DSP與MCU總線，圖像顯示CRT、聲光報警、避障、減速、剎車、鍵盤經(jīng)接口I/O接入MCU，目標(biāo)數(shù)據(jù)暫存FIFO傳入DSP與MCU處理控制，參考路況或水面實況提高雷達防撞功能。全相參毫米波收/發(fā)載頻、中頻相干檢測，分諧波混頻組合倍頻發(fā)射，少量器件獲取毫米波高載頻分辨力。

4.分項創(chuàng)新特點與優(yōu)點

1.毫米波時分調(diào)頻多目標(biāo)檢測汽車防撞雷達，專利號200810120605.9/200820163087.4,路況攝像結(jié)合本車速MCU控制n路時分脈沖、n組調(diào)制信號頻率與波形捷變，時分n路脈沖鎖相調(diào)頻發(fā)射，相對快速地同時測定多個路障目標(biāo)無模糊的距離、測速，脈內(nèi)線性調(diào)頻加寬信號瞬時帶寬，脈壓匹配濾波、加權(quán)獲取大信噪比高分辨力，發(fā)射一路接收一個目標(biāo)信息或接收多個目標(biāo)相干積累。前方無車時由司機設(shè)速行駛，出現(xiàn)車輛時雷達測其距離和相對運動速度，跟蹤至最近車輛，控制本車速保持安全距離，并識別靜止車輛繞道而過，避免追尾相撞。

2.毫米波時分無源調(diào)頻多通道汽車防撞雷達，專利號200810120607.8/200820163089.3,n組SAW多通道無源線性調(diào)頻發(fā)射，n路目標(biāo)回波在時分異步選通門選取n組與發(fā)射SAW器件相同共軛匹配脈壓濾波加權(quán)，相對快速地同時檢測多個車道目標(biāo)或單個目標(biāo)在多個通道檢測相干積累數(shù)據(jù)，當(dāng)某通道信號受干擾或不穩(wěn)定，不影響其它通道正常檢測的抗干擾能力，DSP抑制虛警識別與本車最近距離目標(biāo)，偏離安全距離時聲光報警，逼近危險距離智能避障或減速、剎車，起到能見度差司機不易看清楚的避障功能，提高安全行駛。

3.毫米波隨機二相碼調(diào)相調(diào)幅汽車防撞雷達，專利號200810120601.0/200820163318.1,用一個寬帶噪聲源產(chǎn)生兩個相互獨立隨機碼元，隨機碼發(fā)生器A調(diào)相測距/測速，隨機碼發(fā)生器B幅度鍵控調(diào)相載頻二次調(diào)制，隨機序列控制收/發(fā)開關(guān)，調(diào)相/調(diào)幅雙重隨機編碼異步檢測，增強不斷變化的隨機性，同一區(qū)域環(huán)境相鄰車道相對方向行駛，允許用寬波束天線，發(fā)射信號相互照射掃掠，盡管干擾信號必然進入對方接收通道，隨機信號是隨機變量的時間過程，雙隨機碼早已交叉變化，起不了對目標(biāo)回波相關(guān)處理干擾作用，互不干擾對方雷達正常工作，共存運行，不僅有很強的抗干擾環(huán)境電磁兼容性EMC，后沿檢測避免發(fā)射脈寬遮擋的盲區(qū)，并抑制發(fā)射能量泄漏，提高防撞雷達檢測能力。

4.毫米波時分隨機碼調(diào)相多通道汽車防撞雷達，專利號200810120606.3/200820163088.9,路況實情結(jié)合本車速及GPS數(shù)據(jù)MCU控制時分n個信道，SAW聲表帶通濾波器選取碼頻與帶寬，采樣保持分段關(guān)聯(lián)、相互獨立產(chǎn)生，時分編碼為碼頻遞增、碼元寬度遞減排列n路多元隨機碼調(diào)相發(fā)射，目標(biāo)距離由遠到近碼頻增高、碼元寬度線性變窄，距離越近分辨力越高，多譜勒頻移越大，三維圖像細節(jié)分辨越清楚，弘揚隨機信號優(yōu)良的電磁兼容性EMC，防護相鄰車輛雷達電磁干擾，以實現(xiàn)普遍應(yīng)用防撞雷達，保障行駛安全。

5.毫米波船用調(diào)頻多通道防撞雷達，專利號200810120373.7/200820163090.6,在船頂高位處或桅桿設(shè)置準(zhǔn)光集成介質(zhì)透鏡收/發(fā)天線陣列，DSP編碼脈沖分配序列對應(yīng)時間CRT坐標(biāo)變換器導(dǎo)出識別目標(biāo)所處位置，全方位警戒可能碰撞的目標(biāo)，由水面航道攝像、本船速、衛(wèi)星定位GPS數(shù)據(jù)MCU控制n路時分脈沖，n組SAW調(diào)頻時分編碼發(fā)射，回波在時分異步選通門選取n組與發(fā)射SAW共軛匹配脈壓濾波，DSP譜分析抑制虛警，識別與本船最近距離目標(biāo)，偏離安全距離聲光報警、逼近危險距離自動避障或減速，起到能見度差司機不易看清楚的避障功能，極大提高防撞性能。

5.積極效果與意義

智能毫米波防撞雷達能全天候時刻警戒，幫助司機在駕駛途中排除險情，減緩緊張和疲勞，為司機和乘客提供舒適安全的旅途，減少司機的錯誤判斷，嵌入GPS實時提供本車船當(dāng)前位置，如發(fā)生問題能及時通報與處理。

同向行駛時，雷達測出前方車或船距離和相對運動速度，小于安全距離報警，至逼近危險距離有一段可以避撞時間的距離，此時司機作出正確操作60%以上可以避撞，啟用自適應(yīng)控制系統(tǒng)智能防撞雷達，避免碰撞不受司機心理和生理能力所限，正確率大大提高。

相對方向行駛?cè)缬鲇嫦嘧驳碾U情，時間是兩車速度之和，安全距離急劇縮短，要求駕駛素質(zhì)和經(jīng)驗更高，相應(yīng)的智能防撞雷達自適應(yīng)控制系統(tǒng)反映速度為ms級甚至μs級，比人類反映快得多，在無機械故障條件下人控是不能替代的。

智能防撞雷達給司機提供作出正確判斷所必需的額外時間，緊急狀況提前1秒能預(yù)防90%追尾事故和60%的迎面沖撞。顯而易見，弘揚高科技創(chuàng)新促進社會進步造福人類，體現(xiàn)“以人為本，生命至上”的理念，防止交通事故發(fā)生保護生命，保護財產(chǎn)和精神不受損失，投入防撞“良性”開支遠勝于事故高發(fā)的“惡性”支出，國家交通管理水平明顯提高，緩解道路超負荷運行問題，保障交通安全，構(gòu)建和諧社會繁榮發(fā)展。