LFMCW雷达运用于汽车防撞的研究

摘要：随着现代社会汽车数量的日益增多，汽车防撞技术的研究已成为保障人民生命安全和提高运输业的关键。课题旨在研究一种汽车防撞系统，保证在该系统正常运作的情况下既不发生碰撞事故又不降低道路的通行能力。该系统利用LFMCW的线性调频特性及多普勒效应的原理既可测量两车间距又可实现相对运动的判断，结合两者的测量值，实现有效防撞的功能。主要论述了LFMCW雷达运用于汽车防撞系统中的相关参数确定及具体实现方法，原理分析。
关键词：汽车防撞；LFMCW；多普勒效应；相对运动

随着国民经济的发展，汽车的数量日益增多，汽车运输愈加繁忙，但同时交通事故也屡见不鲜。因此发展汽车防撞技术，对提高汽车智能化水平有重要意义。汽车要避撞就必须凭借一定的装备测量前方障碍物的距离，并迅速反馈给汽车，以在危急的情况下，通过报警或自动进行某项预设定操作如紧急制动等，来避免由于驾驶员疲劳、疏忽、错误判断所造成的交通事故。本文将防撞技术的关键点着眼于车辆测距技术。从测量距离和相对速度两个角度出发，实现有效防撞的效果。

1 安全距离的相关研究与设定
1．1 参数确定
所谓安全行车距离就是指在同一条车道上，同向行驶前后两车间的距离(后车车头与前车车尾间的距离)，保持既不发生追尾事故，又不降低道路通行能力的适当距离。由安全距离的计算公式：
d*=η／(vt+v2／254φ) (1)
可知要求得安全行车距离，需要确定的参数有本车速度v、反应时间t、轮胎与道路的附着系数φ、系统调整系数η。
1)本车速度v
利用汽车防撞系统的车速传感器可测得实时值。
2)反应时间t
据有关专家测定，一般来说，大多数驾驶员的反应时间在0．30～1100 s之间，再加上刹车系统发生作用的时间等因素，总的反应时间在1．30～1．98 s之间，即取值为1．30～1．98 s。
3)轮胎与道路的附着系数φ
不同路面的附着系数如表1所示。

4)系统调整系数η
为了安全，驾驶员要根据自己对安全效果的不同要求来设置调整系数η。如果比较保守，要选择η值大些。η取值范围为1．05～1．10，通常取1．10。
5)安全间距d0
两车制动停止时应保持一定的间距d0以保证安全。d0选择得是否合理，对系统的虚警率有一定的影响。理想情况最小可以为0，但国内外的资料上一般为2～5 m，出于安全考虑取为5 m。
1．2 系统模型的实现过程
给定一个汽车防撞系统，根据各参数的影响因素和取值范围，设定相应参数：t=1．8 s；η=1．10；d0=5 m。在行车过程中，根据路面类型的不同，参照表1的数据来设定轮胎与道路的附着系数φ。根据计算可得，在速度相同时，不同的路面情况得到的安全行车距离不同，且速度越大，得出的安全行车距离差值就越大。因此决定安装一个路面情况选择开关，采用点触式开关实现，由驾驶员根据天气状况主观选择附着系数，再进行数据处理，求出该附着系数下的安全行车距离。开关选择如图1所示。

2 多普勒频移的测量
2．1 多普勒信息的提取
如果反射信号来自一个相对运动的目标，则反射信号中包括一个由目标的相对运动所引起的多普勒频移fd。
根据多普勒原理，目标的相对运动速度可用式(1)表示：

式中，f0为发射波中心频率，λ为发射波波长。
要从接收信号中取出多卜勒频率需要采用差拍的方法，即设法取出f0和fr的差值fd。
经典的差拍法是采用相干解调，将接受信号与发射信号通过乘法器相乘，经低通滤波器后，即可得到所需的差频信号。