专利名称：一种固态小型微波电控扫描行车雷达装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及汽车主动防护技术领域，具体涉及汽车前向以及侧向防撞技术问题的一种固态小型微波电控扫描行车雷达装置。
背景技术：
随着汽车市场的日益火爆，汽车走入了各家各户，成为一个家庭的必备之物，汽车发生碰撞是经常看到的，尤其是汽车追尾，经数据表明，大量的汽车追尾源于驾驶员的疏忽大意，因此对于防止追尾给带来的损失的技术层出不穷，除对于汽车硬件的改进外，还有在汽车上装配各种行车雷达，目前现有技术中已有多种微波行车雷达装置，申请日为2002年8月16日的中国专利号ZL02136542. 3公开了一种全固态集成小型毫米波防撞雷达装置，其使用固定波束的小型平面微带天线，借助单一的环行器实现收发隔离，使用线性调制单元输出的三角波控制本地振荡器实现线性变频，距离解算结果由数字处理系统输出并根据阈值设置触发声光告警装置。该装置结构简洁，但是存在以下局限观测方向固定单一，仅能测定距离，无法区分障碍方位；使用环行器做收发隔离，考虑到该系统全双工工作，且实际可用之环行器隔离度普遍不高，因此会因收发串话形成自干扰；此外，使用简单线性调制单元，没有对压控振荡器非线性的补偿，而降低测距精度。申请日为2008年8月28日中国专利号ZL200810120607. 8毫米波时分无源调频多通道汽车防撞雷达专利中被披露了采用全相参收/发基准信号，时分时序异步控制，准光集成介质透镜天线及阵列，由DSP按车道扫描波束警戒路面可能发生碰撞的目标，路况摄像、本车速及GPS信号MCU控制时分SAW多通道调频，经上变频、限幅器、R/T3、倍频与功放、R/T2、隔离器、波束开关、天线发射，回波经天线阵列、波束开关、隔离器、R/T1、低噪声高放、下变频、中放、时分电路、SAff多通道信号与发射SAW “共扼匹配”滤波，DSP与MCU处理控制，遇多个路障目标DSP抑制虚警确定方位、距离和相对速度，CRT显示三维图像，目标距离越近分辨力越高，识别与本车最近距离目标，小于安全距离声光报警，接近危险距离智能避障或减速、刹车，其控制参考路况结合本车速及GPS数据作出抉择，提高汽车行驶安全的技术方案，该装置包含准光集成介质透镜天线阵列，使用收发天线分离的时分复用半双工方式工作，此外针对每一车道安装一个定向接收天线。该系统可区分不同车道，并通过使用收发开关双工器而避免使用环行器，从而提高收发隔离度，同时使用声表滤波器组提供多通道频分脉冲组以便区分临近车道的反馈信号。但是，针对固定车道的窄波束定向天线限制了观测视场宽度，而无法用于监控侧向目标且在弯道时具有较高虚警概率；同时，时分复用半双工模式对窄脉冲成型、收发开关速度及处理系统延时要求很高，方能保证对近间距的收发脉冲具有良好的接收和辨识，因此在近距离目标观测上局限性大。同时，多通道脉冲组具有不同的频率，从而占用较宽带宽，限制了系统容量的提高。

发明内容
针对现有技术的上述缺陷和问题，本发明实施例的目的是提供一种固态小型微波电控扫描行车雷达装置，通过提供动态可调的观测方向和范围来解决同时实现大视场宽度和窄观测波束的矛盾，有效抑制收发串话形成的自干扰以提高观测距离。为了达到上述目的，本发明实施例提供如下技术方案一种固态小型微波电控扫描行车雷达装置，包括小型电控扫描阵列天线、收发双工器、收发放大器、正交调频连续波收发前端、数字信号处理器及人机界面；所述小型电控扫描阵列天线由小型天线阵元、电控移相器、射频馈电网络、偏压网络、直流电压变换器、直流-射频去耦合电路、射频接头及直流控制端头构成；所述收发双工器，为回路设计，由环行器、耦合器、电控移相器、增益控制芯片构成；所述收发放大器由高功率线性放大器、低噪声放大器、自动增益控制回路构成；所述正交调频连续波收发前端由混频器、高通滤波器、中频信号自动增益控制回路、模数转换器、耦合器、直接数字综合器+宽带数字锁相环数字频率综合器及相应接口构成；所述数字信号处理器以高速DSP为中心，并包含逻辑处理器、高速随机存储器、闪存、电源、RS485或CAN总线接口。所述射频馈电网络将正交调频连续波收发前端的输出信号按比例分配到各电控移相器输入口，各电控移相器与小型天线阵兀 对应连接。优选的，所述电控移相器可以是包含基于固态材料或液晶的连续可调模拟移相器或包含开关或微机电系统电路的离散数字移相器任一种移相器。优选的，所述偏压网络低阻移相器的直流-射频去耦合电路使用串联电阻，使用对地电容短路射频信号，以避免射频信号耦合入直流回路降低后级线性度和稳定性，也避免直流信号漏入并毁损射频回路。优选的，所述小型电控扫描阵列天线具有连续可调的观测方向和视场宽度，安装于车辆前部及侧面，可动态调整阵列收发双向的观测方向及扫描范围即视场宽度。包含监测-搜索模式，即先生成宽视场的静态波束，在检测到视场内有回波信号后使用快速收敛的分割搜索算法减小波束宽度，并在小范围内使用高分辨率角度扫描确定目标具体方位。本发明提供的一种固态小型微波电控扫描行车雷达装置，阵列天线可灵活锁定测角并调整视场宽度，随后收发前端使用调频连续波照射该视场内障碍物并测量回波的频差求解障碍物距离。数字信号处理器根据测得的障碍方位、距离及其变化预计交汇风险及距离，可降低多种情况下的虚警率及漏警率，并通过人机界面告警或上报行车计算机，在不显著提高系统复杂度和成本的前提下可有效提高距离监测的精度。


为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明的固态小型微波电控扫描行车雷达装置系统原理图2是本发明的电控扫描阵列天线原理图；图3是本发明的含有串话对消回路的收发双工器电路原理图；图4是根据本发明的系统工作时序流程；图5为同向多车并行示例图；图6为横向目标跟踪的示例图；图7为使用本发明所述装置降低弯道虚警的示例图。
具体实施例方式下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。根据图1所示，为本发明的固态小型微波电控扫描行车雷达装置系统原理图，其包括小型电控扫描阵列天线101、收发双工器102、收发放大器103、正交调频连续波收发前端104、数字信号处理器106及人机界面105组成。所述电控移相器可以是包含基于固态材料或液晶的连续可调模拟移相器或包含开关或微机电系统电路的离散数字移相器的任一种移相器。所述收发放大器由高功率线性放大器、低噪声放大器、自动增益控制回路构成。所述正交调频连续波收发前端由混频器、高通滤波器、中频信号自动增益控制回路、模数转换器、耦合器、直接数字综合器DDS+宽带数字锁相环数字频率综合器PLL及相应接口构成；正交调频连续波收发前端的数字频率综合器连续工作输出单频连续正弦波，其工作频点由其内部的直接数字综合直接数字综合器电路控制，此调频连续波在一定范围内按照指定的频率-时间关系扫描指定频段。该前端的输出经由高功率线性放大器提高功率并输出至环行器上行口，经由阵列天线辐照目标。微波回波信号由环行器下行口输出至低噪声放大器，并由正交混频器下变频，其Q/I两路基带信号经直流抑制、放大限幅及数模转换后被数字处理器采样。直接数字频率综合器在发射链路上连续工作输出单频正弦波，工作频点由其内部的直接数字综合器控制。直接数字综合器受数字处理器程序控制，保证调频连续波在一定范围内按照指定的频率对时间关系扫描指定频段。优选地，使用直接数字综合器AD9854推动宽带数字锁相环ADF4106，此结构使用高鉴相频率提高宽带数字锁相环的频率切换速度，利用直接数字综合器的高频率分辨率保证频点间距，并由宽带数字锁相环的窄带滤波特性减少直接数字综合器输出频谱杂散，在不显著提高系统复杂度和成本的前提下可有效提高距离监测的精度。本实例中频综包含48位相位累加器及两路高性能D/A转换器配合外部IOOMHz晶振提供良好的动态范围，同时包含低噪声鉴频鉴相器、高精度电荷泵、可编程双模预分频器及分频器，最大可用带宽6GHz并保证200MHz/50 u s扫频速度。该频综的本振信号输出到上行30dBm功率放大器及下行正交调频连续波收发前端的双路混频器HMC904。优选地，实施示例装置可工作在8GHz至IlGHz的选定频带内。数字信号处理器根据测得方位、距离可计算障碍物的行驶方向、相对速度、加速度，并据此预计碰撞时间和距离，数字信号处理器以高速DSP为中心，并包含逻辑处理器、高速随机存储器、闪存、电源、RS485或CAN总线接口，其首先将接收到的时域信号幅值序列通过FFT变换至频域，该频率值即为回波信号与辐照信号频率差，据此可推算障碍物距离。其中使用下列公式I计算距离:
权利要求
1.一种固态小型微波电控扫描行车雷达装置，其特征在于:包括小型电控扫描阵列天线、收发双工器、收发放大器、正交调频连续波收发前端、数字信号处理器及人机界面； 所述小型电控扫描阵列天线由小型天线阵元、电控移相器、射频馈电网络、偏压网络、直流电压变换器、直流-射频去耦合电路、射频接头及直流控制端头构成； 所述收发双工器，为回路设计，由环行器、耦合器、电控移相器、增益控制芯片构成； 所述收发放大器由高功率线性放大器、低噪声放大器、自动增益控制回路构成； 所述正交调频连续波收发前端由混频器、高通滤波器、中频信号自动增益控制回路、模数转换器、耦合器、直接数字综合器+宽带数字锁相环数字频率综合器及相应接口构成； 所述数字信号处理器以高速DSP为中心，并包含逻辑处理器、高速随机存储器、闪存、电源、RS485或CAN总线接口。
2.根据权利要求1所述的固态小型微波电控扫描行车雷达装置，其特征在于:所述射频馈电网络将正交调频连续波收发前端的输出信号按比例分配到各电控移相器输入口，各电控移相器与小型天线阵元一一对应连接。
3.根据权利要求1所述的固态小型微波电控扫描行车雷达装置，其特征在于:所述电控移相器可以是包含基于固态材料或液晶的连续可调模拟移相器或包含开关或微机电系统电路的离散数字移相器的任一种移相器。
4.根据权利要求1所述的固态小型微波电控扫描行车雷达装置，其特征在于:所述偏压网络包含直流-射频去耦合电路，以避免射频信号耦合入直流回路降低后级线性度和稳定性，也避免直流信号漏入并毁损射频回路。
5.根据权利要求4所述的固态小型微波电控扫描行车雷达装置，其特征在于:所述偏压网络低阻移相器的直流-射频去耦合电路使用串联电阻，使用对地电容短路射频信号。
6.根据权利要求5所述的固态小型微波电控扫描行车雷达装置，其特征在于:串联电阻为IOOKQ，对地电容短路射频信号20pF。
7.根据权利要求1所述的固态小型微波电控扫描行车雷达装置，其特征在于:所述小型电控扫描阵列天线具有连续可调的观测方向和视场宽度，安装于车辆前部及侧面，可动态调整阵列收发双向的观测方向及扫描范围即视场宽度。
8.根据权利要求1所述的固态小型微波电控扫描行车雷达装置，其特征在于:数字信号处理器根据测得方位、距离可计算障碍物的行驶方向、相对速度、加速度，并据此预计碰撞时间和距离。
9.根据权利要求1所述的固态小型微波电控扫描行车雷达装置，其特征在于:视场帧生成中的监测-搜索模式为，先生成宽视场的静态波束，在检测到视场内有回波信号后使用快速收敛的分割搜索算法减 小波束宽度，并在小范围内使用高分辨率角度扫描确定目标具体方位。
全文摘要
一种固态小型微波电控扫描行车雷达装置，包括小型电控扫描阵列天线、收发双工器、收发放大器、正交调频连续波收发前端、数字信号处理器及人机界面，阵列天线可灵活锁定测角并调整视场宽度，随后收发前端使用调频连续波照射该视场内障碍物并测量回波的频差求解障碍物距离。数字信号处理器根据测得的障碍方位、距离及其变化预计交汇风险及距离，可降低多种情况下的虚警率及漏警率，并通过人机界面告警或上报行车计算机，在不显著提高系统复杂度和成本的前提下可有效提高距离监测的精度。
文档编号G01S13/93GK103076609SQ201210457359
公开日2013年5月1日 申请日期2012年11月14日 优先权日2012年11月14日
发明者郑宇亮 申请人:武汉德澳科技有限公司