車用毫米波雷達傳感器組網(wǎng)

實現(xiàn)測量

3 運動目標(biāo)位置估算算法

FMCW雷達的基本原理是利用發(fā)射和回波信號之間的頻率差來確定目標(biāo)的距離和速度[5]。傳統(tǒng)體制的FMCW采用等周期調(diào)頻，在測量單個目標(biāo)的情況下，簡單可行，表現(xiàn)了良好的實時性和測距測速功能。但是當(dāng)前方出現(xiàn)多個目標(biāo)的時候，雷達就會出現(xiàn)判斷上的困難。為了識別多個目標(biāo)的距離和速度，可以采用變周期的 FMCW波形作為發(fā)射信號。文獻[6]給出了采用變周期的發(fā)射信號測量目標(biāo)的距離和速度的算法。

對于本文所討論的雷達網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，四個近距離雷達傳感器即是發(fā)射機又是接收機。如圖6所示，通過電掃開關(guān)的控制，其中的一個NDS擔(dān)當(dāng)發(fā)射機，反射信號被四個NDS同時接收。經(jīng)過信號處理之后，因各個NDS之間位置的不同，可以得到四組關(guān)于被測目標(biāo)的距離和相對速度值(r1, 1 v1, 1)、(r1, 2 v1, 2)、(r1, 3 v1, 3)、(r1, 4 v1, 4)。這種采用單基地發(fā)射多基地接收的雷達網(wǎng)絡(luò)體制，盡管對傳感器之間的時間同步控制要求很高，但是可以避免鄰近傳感器之間的相互干擾。

汽車?yán)走_網(wǎng)絡(luò)測量目標(biāo)的距離和速度是通過對每個傳感器測得的目標(biāo)信息進行數(shù)據(jù)融合而得到的。在一個測量周期中，每個NDS輪流擔(dān)當(dāng)一次發(fā)射機。因此有16種距離和相對速度的組合，用向量表示為：

在笛卡爾坐標(biāo)系中用目標(biāo)的狀態(tài)向量他t來表述目標(biāo)的位置矢量和相對速度矢量：

對方程(7)采用高斯-牛頓迭代算法可以精確計算出目標(biāo)狀態(tài)向量的參數(shù)值，繼而可以得到目標(biāo)的位置和相對速度值。由于上述運算能夠給出運動目標(biāo)位置的笛卡爾坐標(biāo)，因此很方便確定位置估算的精度和分辨率[7]。

4 毫米波汽車?yán)走_網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀

目前，盡管國際上將毫米波汽車?yán)走_網(wǎng)絡(luò)的77GHz頻段的研究很充分，但是，具體采用什么頻段，每個國家還有差異，目前關(guān)于汽車用近距離雷達傳感器的爭論焦點之一是采用24GHz頻段還是77GHz頻段。爭論的原因是77GHz雷達器件的成本和技術(shù)成熟度問題。因此，77GHz雷達傳感器的成本和技術(shù)成熟度是汽車?yán)走_網(wǎng)絡(luò)是否能夠在市場上取得普及應(yīng)用的關(guān)鍵。在77GHz雷達傳感器的研發(fā)方面，關(guān)鍵技術(shù)是如何采用GaAs(鎵砷)器件的工藝技術(shù)來設(shè)計和制造低成本的汽車近/遠距離雷達傳感器，進而降低整個汽車?yán)走_網(wǎng)絡(luò)的成本。國外GaAs器件制造業(yè)發(fā)展的速度很快，已經(jīng)出現(xiàn)了一些極具性價比的汽車?yán)走_傳感器，一些報道甚至預(yù)言在2007年末2008年，汽車?yán)走_網(wǎng)絡(luò)的市場將啟動，并有望成為普及型轎車的基本配置。

汽車?yán)走_網(wǎng)絡(luò)相對于其它系統(tǒng)，技術(shù)門檻要低得多。目前，中國汽車?yán)走_的開發(fā)還主要集中在汽車倒車?yán)走_、汽車?yán)走_測速器的層面上，所使用的技術(shù)和頻段差別很大，還沒有從器件、頻率分配、汽車?yán)走_網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、近距離和遠距離雷達傳感器、運動目標(biāo)位置估算算法、運動目標(biāo)的分類、汽車專用信號處理器等多層次、系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)鏈的角度來研究和開發(fā)汽車?yán)走_網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這與國際上日益普及的汽車?yán)走_研究與應(yīng)用相比，還存在很大的反差。這種狀況與中國作為全球的汽車消費大國的地位是不相適應(yīng)的。

5結(jié)束語

本文作者創(chuàng)新點:提出了一種基于毫米波雷達傳感器的汽車?yán)走_網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),并從組成結(jié)構(gòu),單個傳感器設(shè)計以及信號處理的算法上給出了可行性分析. 汽車?yán)走_網(wǎng)絡(luò)作為汽車安全系統(tǒng)的一個部分，實現(xiàn)方案多種多樣。通過汽車?yán)走_網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)，可以帶動車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、車載計算技術(shù)的發(fā)展，以便在即將形成的巨大的汽車?yán)走_網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)行業(yè)爭得一席之地。