LFMCW雷達運用于汽車防撞的研究

摘要：隨著現代社會汽車數量的日益增多，汽車防撞技術的研究已成為保障人民生命安全和提高運輸業的關鍵。課題旨在研究一種汽車防撞系統，保證在該系統正常運作的情況下既不發生碰撞事故又不降低道路的通行能力。該系統利用LFMCW的線性調頻特性及多普勒效應的原理既可測量兩車間距又可實現相對運動的判斷，結合兩者的測量值，實現有效防撞的功能。主要論述了LFMCW雷達運用于汽車防撞系統中的相關參數確定及具體實現方法，原理分析。
關鍵詞：汽車防撞；LFMCW；多普勒效應；相對運動

隨著國民經濟的發展，汽車的數量日益增多，汽車運輸愈加繁忙，但同時交通事故也屢見不鮮。因此發展汽車防撞技術，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，通過報警或自動進行某項預設定操作如緊急制動等，來避免由于駕駛員疲勞、疏忽、錯誤判斷所造成的交通事故。本文將防撞技術的關鍵點著眼于車輛測距技術。從測量距離和相對速度兩個角度出發，實現有效防撞的效果。

1 安全距離的相關研究與設定
1．1 參數確定
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)，保持既不發生追尾事故，又不降低道路通行能力的適當距離。由安全距離的計算公式：
d*=η／(vt+v2／254φ) (1)
可知要求得安全行車距離，需要確定的參數有本車速度v、反應時間t、輪胎與道路的附著系數φ、系統調整系數η。
1)本車速度v
利用汽車防撞系統的車速傳感器可測得實時值。
2)反應時間t
據有關專家測定，一般來說，大多數駕駛員的反應時間在0．30～1100 s之間，再加上剎車系統發生作用的時間等因素，總的反應時間在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φ
不同路面的附著系數如表1所示。

4)系統調整系數η
為了安全，駕駛員要根據自己對安全效果的不同要求來設置調整系數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
兩車制動停止時應保持一定的間距d0以保證安全。d0選擇得是否合理，對系統的虛警率有一定的影響。理想情況最小可以為0，但國內外的資料上一般為2～5 m，出于安全考慮取為5 m。
1．2 系統模型的實現過程
給定一個汽車防撞系統，根據各參數的影響因素和取值范圍，設定相應參數：t=1．8 s；η=1．10；d0=5 m。在行車過程中，根據路面類型的不同，參照表1的數據來設定輪胎與道路的附著系數φ。根據計算可得，在速度相同時，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。因此決定安裝一個路面情況選擇開關，采用點觸式開關實現，由駕駛員根據天氣狀況主觀選擇附著系數，再進行數據處理，求出該附著系數下的安全行車距離。開關選擇如圖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相對運動的目標，則反射信號中包括一個由目標的相對運動所引起的多普勒頻移fd。
根據多普勒原理，目標的相對運動速度可用式(1)表示：

式中，f0為發射波中心頻率，λ為發射波波長。
要從接收信號中取出多卜勒頻率需要采用差拍的方法，即設法取出f0和fr的差值fd。
經典的差拍法是采用相干解調，將接受信號與發射信號通過乘法器相乘，經低通濾波器后，即可得到所需的差頻信號。