智能車船防撞雷達專利技術發明與意義

智能車船防撞雷達專利技術發明與意義

工程師d 發表於 2018-05-29 16:08:59

1.技術領域

本文論述從多項申請專利中精選出的一組相互獨立、技術各有所長、可滿足不同環境和應用層次的車、船「智能」防撞雷達。

2.背景技術
目前，汽車及其他機動車大量增多，給人們出行帶來便捷的同時道路擁擠超負荷，時有車輛違章闖紅燈、超車搶道、超速、超載，車道路況時刻存在危險，駕駛經驗不足或交通法規意識淡薄是安全隱患，車禍頻繁發生造成大量的人員傷亡和重大的財產損失，已成為全世界嚴重的社會問題，美、歐、日本等國投入大量人力和物力研製先進防撞雷達，由於防撞雷達工作環境和條件十分苛刻，技術要求很高，有不少難題需解決。

海洋航運和內陸江河湖泊航運、漁業迅速發展，船隻大量增多，港口、航道越來越擁擠，尤其兩船或多條船交匯時其慣性力衝擊掀起大波浪，影響航向使船隻不易正確操縱，導致船隻相互碰撞或撞擊橋墩，嚴重時沉船甚至橋梁塌陷，暴風雨等惡劣天氣引發事故概率更大，迫切需要先進防撞雷達保障航行安全。

分析現有技術FM-CW調頻連續波防撞雷達局限於檢測單一目標，調頻信號單一頻率、波形作為檢測信號標誌，不能對觀察區域內所有目標同時無模糊測距測速。多目標間距近，相鄰目標回波交調重疊檢測數據很難分辨鑑別，同一區域相鄰車道或航道防撞雷達相互幹擾，降低檢測性能甚至無法正常工作，難以應對行駛過程中複雜多變的險情。隨機信號連續波雷達雖有很高的抗幹擾能力，有望在同一區域電磁兼容性EMC問題得到解決，但因天線發射輻射洩漏，阻塞回波檢測，且對可能發生碰撞的大小目標，距離遠近分辨力單一。減輕相對方向相互幹擾，窄波束天線觀察視域減小，道路彎曲存在盲區。反射式天線價高、掃速慢，抗振防塵差，而微帶天線損耗大。簡單顯示器缺少全景信息圖像。脈衝雷達發射脈寬遮擋回波的盲距，不宜近距防撞。汽車行駛在高速公路上缺少後視預警，常有追尾相撞。現有車船防撞雷達缺少用傳感器構成閉環控制，缺少天線難以適應控制和避障、減速及剎車的智能控制，能見度差或行駛遇險情不能及時幫助司機解危避免事故的需要。

3.總體發明內容
本組發明總體上設為：採用準光集成介質透鏡天線陣列收發，數位訊號處理器DSP按車道或航道轉換波束警戒可能發生碰撞的目標，路況或水面攝像、速度傳感、衛星定位GPS數據微控制器MCU控制時分信道調頻或調相，時分脈衝異步檢測，射頻經上變頻、R/T、倍頻與功放、環形器、波束開關、天線陣列發射，回波經天線陣列、波束開關、環形器、R/T、低噪聲高放、分諧波混頻器、中放、多通道信號提取異步選通門選取，再經I/Q相干檢波、脈壓相關匹配濾波、A/D轉換，DSP片內分組時分復用數據重排、快速傅立葉變換FFT、距離旁瓣抑制、MTI動目標顯示、恆虛警處理CFAR，雙口RAM匯接DSP與MCU總線，圖像顯示CRT、聲光報警、避障、減速、剎車、鍵盤經接口I/O接入MCU，目標數據暫存FIFO傳入DSP與MCU處理控制，參考路況或水面實況提高雷達防撞功能。全相參毫米波收/發載頻、中頻相干檢測，分諧波混頻組合倍頻發射，少量器件獲取毫米波高載頻分辨力。

4.分項創新特點與優點
1.毫米波時分調頻多目標檢測汽車防撞雷達，專利號200810120605.9/200820163087.4,路況攝像結合本車速MCU控制n路時分脈衝、n組調製信號頻率與波形捷變，時分n路脈衝鎖相調頻發射，相對快速地同時測定多個路障目標無模糊的距離、測速，脈內線性調頻加寬信號瞬時帶寬，脈壓匹配濾波、加權獲取大信噪比高分辨力，發射一路接收一個目標信息或接收多個目標相干積累。前方無車時由司機設速行駛，出現車輛時雷達測其距離和相對運動速度，跟蹤至最近車輛，控制本車速保持安全距離，並識別靜止車輛繞道而過，避免追尾相撞。

2.毫米波時分無源調頻多通道汽車防撞雷達，專利號200810120607.8/200820163089.3,n組SAW多通道無源線性調頻發射，n路目標回波在時分異步選通門選取n組與發射SAW器件相同共軛匹配脈壓濾波加權，相對快速地同時檢測多個車道目標或單個目標在多個通道檢測相干積累數據，當某通道信號受幹擾或不穩定，不影響其它通道正常檢測的抗幹擾能力，DSP抑制虛警識別與本車最近距離目標，偏離安全距離時聲光報警，逼近危險距離智能避障或減速、剎車，起到能見度差司機不易看清楚的避障功能，提高安全行駛。

3.毫米波隨機二相碼調相調幅汽車防撞雷達，專利號200810120601.0/200820163318.1,用一個寬帶噪聲源產生兩個相互獨立隨機碼元，隨機碼發生器A調相測距/測速，隨機碼發生器B幅度鍵控調相載頻二次調製，隨機序列控制收/發開關，調相/調幅雙重隨機編碼異步檢測，增強不斷變化的隨機性，同一區域環境相鄰車道相對方向行駛，允許用寬波束天線，發射信號相互照射掃掠，儘管幹擾信號必然進入對方接收通道，隨機信號是隨機變量的時間過程，雙隨機碼早已交叉變化，起不了對目標回波相關處理幹擾作用，互不幹擾對方雷達正常工作，共存運行，不僅有很強的抗幹擾環境電磁兼容性EMC，後沿檢測避免發射脈寬遮擋的盲區，並抑制發射能量洩漏，提高防撞雷達檢測能力。

4.毫米波時分隨機碼調相多通道汽車防撞雷達，專利號200810120606.3/200820163088.9,路況實情結合本車速及GPS數據MCU控制時分n個信道，SAW聲錶帶通濾波器選取碼頻與帶寬，採樣保持分段關聯、相互獨立產生，時分編碼為碼頻遞增、碼元寬度遞減排列n路多元隨機碼調相發射，目標距離由遠到近碼頻增高、碼元寬度線性變窄，距離越近分辨力越高，多譜勒頻移越大，三維圖像細節分辨越清楚，弘揚隨機信號優良的電磁兼容性EMC，防護相鄰車輛雷達電磁幹擾，以實現普遍應用防撞雷達，保障行駛安全。

5.毫米波船用調頻多通道防撞雷達，專利號200810120373.7/200820163090.6,在船頂高位處或桅杆設置準光集成介質透鏡收/發天線陣列，DSP編碼脈衝分配序列對應時間CRT坐標變換器導出識別目標所處位置，全方位警戒可能碰撞的目標，由水面航道攝像、本船速、衛星定位GPS數據MCU控制n路時分脈衝，n組SAW調頻時分編碼發射，回波在時分異步選通門選取n組與發射SAW共軛匹配脈壓濾波，DSP譜分析抑制虛警，識別與本船最近距離目標，偏離安全距離聲光報警、逼近危險距離自動避障或減速，起到能見度差司機不易看清楚的避障功能，極大提高防撞性能。

5.積極效果與意義
智能毫米波防撞雷達能全天候時刻警戒，幫助司機在駕駛途中排除險情，減緩緊張和疲勞，為司機和乘客提供舒適安全的旅途，減少司機的錯誤判斷，嵌入GPS實時提供本車船當前位置，如發生問題能及時通報與處理。
同向行駛時，雷達測出前方車或船距離和相對運動速度，小於安全距離報警，至逼近危險距離有一段可以避撞時間的距離，此時司機作出正確操作60％以上可以避撞，啟用自適應控制系統智能防撞雷達，避免碰撞不受司機心理和生理能力所限，正確率大大提高。

相對方向行駛如遇迎面相撞的險情，時間是兩車速度之和，安全距離急劇縮短，要求駕駛素質和經驗更高，相應的智能防撞雷達自適應控制系統反映速度為ms級甚至μs級，比人類反映快得多，在無機械故障條件下人控是不能替代的。

智能防撞雷達給司機提供作出正確判斷所必需的額外時間，緊急狀況提前1秒能預防90％追尾事故和60％的迎面衝撞。顯而易見，弘揚高科技創新促進社會進步造福人類，體現「以人為本，生命至上」的理念，防止交通事故發生保護生命，保護財產和精神不受損失，投入防撞「良性」開支遠勝於事故高發的「惡性」支出，國家交通管理水平明顯提高，緩解道路超負荷運行問題，保障交通安全，構建和諧社會繁榮發展。

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