汽车上的雷达测距计算

改进策略：采用双机应答式测距

甲机所完成的功能与一次雷达相同，向目标车辆发射信号、接收信号，然后计算车 距。乙机位于目标车辆的尾部，其接收甲机发射来的频率为F1的信号，经放大，变 换到频率F2后再回发给甲机，对信号进行透明转发。(甲机发射频率即为乙机接收 频率，甲机接收频率即为乙机发射频率，
系统工作原理为:当安装了本雷达的两车在同一条公路上同向而行时，后 向行车的甲机产生雷达脉冲，经中频调制后上变频到射频F1发射向前向 行车的乙机;乙机先对接收到的信号进行放大，然后再变换到频率F2转 发回后向行车的甲机;甲机对接收到的信号下变频、放大、检波和模数转 换(A/D)后通过一定的数字信号处理算法增强回波信号的信噪比，再经 数模转换(D/A)再生脉冲，从而得到两机之间的距离脉冲，最后把测得 的距离用数码管、表头和光柱显示出来，前两种方式显示距离的准确读 数，后一种方式反映距离的远近变化过程。

超声波电子倒车雷达的组成:
探头(感应器):发出和接收超声波信号,具有声电 和电声转换功能. CPU:对于检测到的信号作出反应并发出相应的指令. 放大设备:用于放大超声波信号. 显示设备和语音报警设备.
图4.3
倒车雷达硬件电路框图
4.4 几款倒车雷达
6.存在的问题及发展趋势


1误报率很高：由于路况十分复杂，而劣天气的影响，使得雷达对目标
图2.1
原理图

装有避撞雷达的汽车上了高速公路以后，驾驶员启动车上的避撞雷达。 雷达选定好跟随的汽车以后，被跟随的汽车就成了后面汽车的“目标 车”，无论加速，减速，停车，启动，后面的汽车都会在瞬间之内知 晓，如果前面的汽车行驶一段时间之后，不再适合于自己的“目标 车”，驾驶员可以重新选择另一辆“目标车”。
λ -雷达波波长; Vr-雷达与目标的相对速度
图3.1 毫米波雷达测距原理图
5.2 激光测距雷达


原理同毫米波雷达测距，用窄激光束对某一地 区进行扫描。 特点：快，准，远，抗干扰，无盲区，测距精度可达厘米甚至毫
米级，比微波雷达高近100倍，测角精度理论上比微波雷达高一义倍 以上。 遇到下雨或大雾等恶劣天气，穿透能力差，导致无法使用
雷达测距控制技术
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概述 雷达测距的组成元件 雷达测距的工作原理 雷达测距的性能指标 几种常见的测距雷达 雷达测距的发展趋势
1 概 述
安全性是汽车最基本也是最重要的性能，对乘员的安全保护是汽车发展所追 求的永恒主题。随着电子技术的发展，许多智能化技术被广泛应用到汽车安全 装臵上。 汽车安全装臵分为主动安全装臵和被动安全装臵。 主动安全装臵是指为避免交通事故的发生而主动采取的有效配备， 如车轮的防抱死制动系统ABS、 电脑控制行驶平稳系统ESP、 加速防滑控制系统ASR、 电脑控制循迹控制系统ETS; 被动安全装臵则是指事故发生时保护乘员安全的装备系统， 如安全带自动拉紧装臵、防撞安全气囊、车门内臵防撞横梁、车身防撞 能量局部吸收等安全装臵。 雷达测距防撞控制系统(Distronic，简称DTR)属于汽车主动安全装臵， 是当前国际汽车安全领域研究的热点之一。
图3.5 激光通过路线图 范围
3.6检测范围和报警发生
扫描式激光雷达


最早的前方用激光雷达都是发出多股激光光束，并依 靠前行车反光镜的反射时间来测定其距离。但是由于 要对前方车辆进行辨别，因而开始采用扫描式激光雷 达，如图3.7所示。 这样，不但至前方车的距离可测，而且其横向方向的 位臵也可以检测出来。此技术的进一步发展，可使扫 描角度成360°。这时，如果在车辆四角设臵类似的扫 描式激光雷达，那么车辆四周的障碍物都可以测出。
存在的问题
问题一：由于采用单脉冲雷达，只能测量距离，角度，不能判定被测物的
类别和性质，并且随着路面的变化和车辆的运动。导致目标失踪。 改进对策：采用双脉冲雷达，利用激光反射的相干性，使用激光全息摄像技 术，对被测物进行全息摄像，经CPU模拟处理，辨别确定被测物的类别和性 质，
已扩束的激光1 全息传感器2 全息传感器1

现记f0作为发射信号中心频率，B为频带宽度，T为扫频周期，调制信 号为三角波，c为光速，R和V分别为目标的相对距离和相对速度。在发 射信号的上升段和下降段，中频输出信号可以表示为:
若忽视汽车与目标间的相对速度,则两车的距离可以表示为: R=(1/2)c*△T 其中R为相对距离, c为光速, △T为从发射到接受的时间间隔.
的识 别十分困难 ， 解决此问题：需要采用多传感器间的信息融合技术，克服单一传感器 可靠性低，有效探测范围小等缺点

2自身成本高， 生产雷达的主要材料GaAs和SiGe价格一直居高不下，
成为车用雷达推广应用的瓶颈由于自身成本的制约，仅装在少数高档轿车 上，随着汽车向安全 环保和节能的方向发展，车用雷达作为先进汽车安全 控制系统的关键组成部件之一，必须拥有广阔的市场前景。
雷达测距系统的组成框图
1.收发天线可安装于车辆保险杠内，向车前方发出发射信号，并接收反射信 号 2.射频收发前端是雷达系统的核心部件，负责信号调制.，射频信号的发射接 收及接收信号解调 3.信息处理模块自动分析，计算出与前方车辆间的距离和相对速度，并且防 止转弯时错误测量临近车道车辆的情况发生
4.汽车控制装臵： 即控制汽车的自动操作系统，达到自动 减速慢速行车，或紧急刹车。通过限制发动机输出转速，调节刹 车作用力及变速箱挡位，控制定速巡航的车速
4.雷达测距的性能指标



1最大探测距离 2测距精度 3最小探测距离 4方位精度 5其他特殊情况
最大的探测距离
激光射束形状和扫描区域
探测领域随发射接收光面的沾污而பைடு நூலகம்化
弯道的探测情况
垂 直 方 向 探 测 区 域
5. 几种常见的雷达测距

5.1 毫米波雷达测距 5.2 5.3 激光雷达测距 超声波倒车雷达

问题二一般所说的雷达为一次雷达，通过目标的二次散射功率来发现 目标。二次散
射功率取决于目标接收到的功率和目标的雷达截面积。由于雷达截面积与目标的材质(导 电性能)、几何形状、尺寸、雷达波束的照射方向以及载波频率等诸多因素有关，不确定 性太大，要求雷达接收机有很大的动态范围。而且，二次散射功率向全空间辐射，返回 雷达接收天线的功率只占很小一部分，回波功率太弱会降低雷达作用距离。

激光雷达的组成如下图所示:
图3.2 激光雷达方框图
防追尾碰撞激光报警装臵

该装臵结构如图3.4所示。包括发光部、受光部、计 算车间距离的激光雷达、信号处理电路、显示装臵、 车速传感器等构成。
图3.4 报警装臵的车载状态

激光镜头使用脉冲状的红外激光束向前方照射，并利用汽车 后部反光镜的反射光，通过受光装臵检测其距离，如图3.5 所示。使用汽车反光镜，检测距离约l00m，最大检测宽度 35m以上。为了能区分出道路两侧的树木桥墩和车辆前方真 正的障碍物，可采用三光束工作方式，通过控制电路的控制， 三个激光束中的左右激光束，取其35m以上，宽度控制在 3.5m，中央激光束的检测距离取其200米以上，这样就能够 更早地检测插入车流的车辆，并发出警报，同时它还能抑制 弯道上的标识物而发出报警，使之达到最优状态，如图3.6 所示。

汽车防碰撞技术首先需要解决的问题是汽车之间的安 全距离。汽车与汽车之间的距离小于安全距离，就应该 能够自动报警，并采取制动措施。 目前，测定汽车之间安全距离的方法有三种:超声波测 距、毫米波雷达测距和激光测距， 防撞雷达系统装配在车辆的前方、侧方或者后方，完 成前视防撞(防追尾碰撞)、侧视防撞(防更换车道时两车 相撞)和后视防撞(防倒车时与车后阻碍物相撞)等侧重点 各异的功能。 主要功能：防撞预警，辅助停车，盲点探测等， 为完成上述功能所应达到的技术要求是系统应具有测距、 测速、测角的功能。
5.报警系统：安装在驾驶室前部，精确显示前方障碍物的距离值， 面板上的数字键，可根据实际情况设定保京距离值，还有特殊输 出接口，当系统报警时，该接口会输出TTL电平，可用于自动刹车 开发
3.雷达测距的基本原理

工作原理：在车辆行驶中，雷达窄波束向前发射电磁波信号，当发射信号遇 到目标时，被反射回来被同一天线接收，经混频放大处理，可用其差拍信号 间来表示雷达与目标的距离，再根据差频信号相差与相对速度关系，计算出 目标对雷达的相对速度，微处理器将上述两个物理量代入危险时间函数数字 模型后，既可算出危险时间，当危险程度达到各种不同等级时，分别输出报 警信号或通过车辆控制电路去控制车速或刹车。当距离过近时，有些车型警 告喇叭会响起，以警告驾驶者注意前方障碍物已经接近车体，同时DTR电脑 会通过车身电脑网络CAN-BAS与发动机ECU、变速器ECU及ESP(车辆稳定 行驶系统) 、ABS刹车系统ECU，通过限制发动机输出转速，调节刹车作用 力及变速箱挡位，控制定速巡航的车速。若前方无障碍物（100米为限）则警 告灯会熄灭，车子便会加速至预设的巡航速度


汽车各种测距方式主要技术参数对比表
5.1毫米波雷达测距
防撞雷达,防止汽车追尾

对于车载雷达,一般选用60GHz 、 120GHz 、 180GHz波段,对应的波长为毫米级,故成为毫 米波雷达.
特点：毫米波雷达采用的是波长在1厘米以下，频率 30GHZ以上的高频电磁波，波长短，沿直线传播且穿透能 力强，几乎不受气象条件的影响。 不但可以探测目标的距离，还可测出相对速度和方位。 价格昂贵， 需要防止电磁波干扰由于存在其它通讯设施电磁波干扰以 及雷达装间的相互影响,容易发生误动作.
图3.7扫描式激光雷达
5.3 超声波电子倒车雷达
图4.1 倒车雷达位臵示意图
超声波测距特点：

优点：1对雨，雪，雾穿透能力强，衰减小，
2测距原理简单，制作方便，成本低，
缺点：
1 超声波的传播速度相对电磁波来说慢的多，当汽车在高 速公 路上以每小时上百公里速度行驶时，超声波测距无法跟上车距实时变 化，误差大。 2. 方向性差，发散角大。由于发散使能量大大降低，另一方面 使分辨力下降，导致将邻车道的车辆或路边的物体作为测量目标


雷达向空间发射一定重复周期高脉冲,当遇到目标,目标反射回来的反 射波将滞后与发射高频脉冲一个时间差Tr和一个频移(多谱勒频移)Fa, 根据雷达可以测出这个数据,就可以依据以下公式断定目标位臵: R=1/2C*Tr; R-目标到雷达的距离; Fa=2Vr/λ C-光速; Tr-电波往返目标与雷达 的时间间隔; Fa-多谱勒频移;
汽车防撞系统流程图
测距公式:
R=(1/2)c*△T 其中R为两车的相对距离, c为光速, △T为从发射激光束到 接受激光的时间间隔.
图3.3 脉冲雷达测距原理图

信号的瞬时频率随时间线性变换，当前方有单目 标回波时，发射信号和反射信号将进行混频，混 频后得到的信号中含有目标的相对距离和相对速 度的信息。

下图为奔驰车距监控防撞系统，可以在车辆停车和倒 车时检测车辆前、后、侧面的障碍物距离，在靠近障 碍物时会发出声音警报。
图1.1 系统示意图
2 雷达测距控制系统的组成
DTR雷达控制模块 DTR雷达传感器（激光雷达、 毫米波雷达传感器） DTR电脑 可变巡航控制(CC)开关 DTR开关座(具有距离测量电位差计和警报信号消除开关) 信息联络(CAN)(用于仪板上的显示装臵及警报信号 发布装臵和各种控制机构的信息联络) 天线、发射/接受组件 中频信号处理装臵 电源及报警显示


结论：由于上述问题，超声波雷达应用在汽车倒车方面。在倒车
过程中，可实现对汽车尾部左后，右后数米以内障碍物和突然闯入危 险区域内的行人的自动探测并告警。


超声波测距原理: S=CT/2
T为自发射出超声波到接收到反射回波的这段时间差,C是超 声波的声速,在标准状态下Ｃ=340ｍ/ｓ。
图4.2 超声波测距原理

3
雷达必须满足电磁兼容要求，目前，世界上还没有统一的车用雷达
使用频段，需要对车载雷达规定统一的专用频段。