智能車船防撞雷達專利技術(shù)發(fā)明與意義

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，調(diào)頻信號單一頻率、波形作為檢測信號標志，不能對觀察區(qū)域內(nèi)所有目標同時無模糊測距測速。多目標間距近，相鄰目標回波交調(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，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。現(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，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信息或接收多個目標相干積累。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或單個目標在多個通道檢測相干積累數(shù)據(jù)，當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，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坐標變換器導(dǎo)出識別目標所處位置，全方位警戒可能碰撞的目標，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，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。