雷达防撞系统

基于DSP技术的汽车防撞雷达

院系：电子与信息工程学院

专业：通信1111班

小组成员：何海青陈洋陈家遥沈冬冬

2014年2月24日

基于DSP技术的汽车防撞雷达

摘要：简要介绍了各种汽车防撞技术的工作原理，分析比较了现有汽车防撞

技术的优缺点，提出了一种基于DSP的可实现低成本、高精度测距测速功能的FMCW(调频连续波)防撞雷达设计方案，具体介绍了DSP在系统中的作用。

关键词：FMCW雷达数字信号处理DSP 汽车防撞

一．引言

随着汽车工业和高速高架公路的飞速发展，汽车撞车事故也随之日益严重，汽车防撞报警是迫切需要解决的问题。欧洲的一项研究表明：驾驶员只要在有碰撞危险的0.5秒前得到预警，就可以避免至少60％的追尾撞车事故，30％的迎面撞车事故和50％的路面相关事故;若有1秒钟的“预警”时间，则可避免90％的事故[1]。若在夜、雨、雪、雾等的恶劣天气的条件下，能见度低，司机视距小，汽车中、高速行驶时，很难及时发现前方障碍物并采取必要的措施。从经济方面来说，我国的桥梁、高速公路的运行受天气条件影响较大，为保证车辆运行的安全，遇到恶劣天气时以限制车速或关闭来达到安全的目的，这样毫无疑问将影响道路的通过能力，除造成巨大的经济损失外，使本来就拥挤的道路更加阻塞。近几十年来，美、日、西欧等国家的多家汽车公司投入巨资，先后研究成功了24GHZ，60GHZ，76.5GHZ的单脉冲和调制连续波两种体制的雷达系统。这两种体制的雷达系统已经在国外的一些汽车公司的高档轿车中应用，但由于其成本高昂而未得到广泛的应用[2]。近年来，价格低廉的高性能DSP芯片的出现极大的推动了汽车防撞雷达技术研究，使汽车防撞雷达系统在普通汽车中的实现和普及成为可能。

由于受经济技术发展水平等因素的影响，我国在汽车防撞技术上的研究起步较晚，因此，相对于国外的防撞研究水平，我国的车用防撞系统的研制水平仍然较低。但这方面的研究已得到业界的高度重视。本文简要介绍和比较汽车防撞的几种探测方式，重点介绍雷达的工作原理。在此基础上，提出了一种基于DSP的FMCW防撞雷达设计方案，实现FMCW雷达低成本，高精度的测距测速功能，具体介绍了DSP在系统中的作用。

二．基于DSP的汽车防撞探测技术

1.智能汽车的定义

智能汽车是指一辆汽车具有规划自己的行车路线，感知周围环境，针对实时交通情况做出合理决策，并辅助、甚至代替驾驶员进行车辆驾驶的能力，从而减小驾驶员的劳动强度，使车辆行驶过程变得更加安全、舒适、高效。

2.汽车防撞警示系统

汽车防撞预警系统是在汽车行驶过程中，对汽车的前后以及左右方向的危险物进行检测，在汽车与危险物具有发生碰撞危险的情况下进行声光报警，提示驾驶员危险物的方向以及危险程度，以便让驾驶员采取相应的措施，避免追尾碰撞和侧挂等交通事故的发生。

通常由三部分组成：

（1）测距装置：测距装置采用雷达、超声波、激光、红外线等测定障碍物与汽车的距离。

（2）处理装置：电脑根据事先储存的程序，判断出有碰撞的危险时，向驾驶员发出警报。如果驾驶员未能及时采取措施，则向制动器、转向器等发出指令，以保证汽车的安全。

（3）执行装置：警报及执行装置警报器一般采用灯光信号或伴随声音信号。执行装置可根据电脑发出的指令使制动器制动，或使转向器转弯。

3.雷达防撞预警系统

雷达汽车防撞预警系统利用电磁波发射后遇到障碍物反射的回波对其不断检测和计算与前方或后方障碍物的相对速度和距离，经过分析判断对构成危险的目标按程度不同进行报警。该系统由收发天线、定向耦合器、混频器、调频振荡器和处理单元组成。

4.防撞雷达方案比较

目前汽车防撞技术按目标探测方式和工作原理的不同,主要有超声波、红外线、激光、以及毫米波。其中前三种雷达都是通过对回波的检测, 与发射信号相比较, 得到脉冲或相位的差值, 从而计算出发射波与回波的时间差, 再分别根据超声波、红外线、激光在空气中的传播速度, 计算出与目标物的相对距离。

这三种技术的汽车雷达结构简单, 成本低, 但使用过程存在不同程度的局限性。红外线测距在技术上难度不大, 但受天气的影响较大,且红外线穿透力不强, 在长距离探测方面不能满足汽车防护的要求。超声波同样受大气紊流和气涡的影响, 且探测距离短, 主要用于倒车雷达等近距离测距。激光具有高单色性、方向性和相干性强等特点, 且光束很少扩散,波速能量集中, 适用于远距离测量, 在汽车防撞领域, 受汽车的震动以及反射镜面磨损、污染、灰尘等因素影响较大, 测距精度难以保证。与超声波、红外线、激光相比, 毫米波雷达分辨率高, 不受大气絮流的影响, 而且穿透能力很强, 受雨、雪、雾等天气的影响较小。

同时毫米波多谱勒频移大, 不仅可以测量目标的距离, 还可以测量目标的相对速度, 因较好的稳定性和适应性特点, 毫米波雷达成为最有发展潜力的汽车防撞雷达。

5.基于DSP 的毫米波雷达系统

毫米波雷达原理

毫米波波长为1～10mm。毫米波雷达向外发射的频率随时间线性变化，若有目标时反射回波，将发射波和回波信号混频，从混频器输出，再从频谱信号中提取含目标相对距离和速度信息。

系统硬件设计

处理器采用单片机AT89C51，完成人机交互、显示和控制报警。键盘可设置系统运行参数和不同条件（如车速、不同天气状况）下的报警门限，并由LCD 中文显示。当主处理器运算后得到目标信号（距离、车速）超过设定门限时，经AT89C51 控制声光报警。

应用程序采用在C语言和汇编语言混合编程的方法，即在算法运算量大的地方，用手工编写的方法编写汇编语言，而运算量不大的地方则采用高级语言。 DSP需要完成的主要任务有：(1)启动A／D转换并读取转换后的数据；(2)目标提取，包括数据预处理(杂波滤除、时域加窗)、功率谱估计、谱峰搜索、危险目标确定。

系统软件流程图

三．结论

汽车防撞雷达是提高汽车行驶安全的方法之一, 我们可以将调频连续波(FMCW)应用于汽车防撞雷达中, , 并采用高性能数字信号处理器DSP, 系统处理速度快、稳定性好。该雷达经多次试验, 探测距离可达100m以上, 且虚警率低。通过人机交互接口可设置在不同运行环境下的预警门限, 提高驾驶员的安全系数, 降低交通事故率, 有较好的应用前景。