透視車用測(cè)距雷達(dá)的研究與進(jìn)展

趙洪憲

統(tǒng)計(jì)表明，70%～90%的交通事故是由于駕駛員操作失誤造成的。在美國(guó)、日本等國(guó)家，消費(fèi)者選購(gòu)汽車的著眼點(diǎn)已把駕駛汽車的安全程度放在第一位。如果拋開(kāi)駕駛的熟練程度和駕駛經(jīng)驗(yàn)外，最有效的降低事故的方法就是讓車具有碰撞報(bào)警或主動(dòng)避撞功能。隨著人們對(duì)交通安全的不斷重視，推動(dòng)了汽車前向碰撞報(bào)警系統(tǒng)（forward collision warning systems，F(xiàn)CWS）、前向主動(dòng)避撞系統(tǒng)（forward collision avoidance systems，F(xiàn)CAS）、自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)（adaptive cruise control，ACC）等先進(jìn)車輛主動(dòng)安全技術(shù)的飛速發(fā)展。上述系統(tǒng)的共同點(diǎn)是通過(guò)車用測(cè)距雷達(dá)測(cè)量主車與目標(biāo)車之間的距離、相對(duì)速度以及相對(duì)方位角等信息，并將其傳送給系統(tǒng)的控制單元。車用測(cè)距雷達(dá)俗稱車用雷達(dá)，是實(shí)現(xiàn)汽車主動(dòng)安全技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，是當(dāng)前智能交通、信號(hào)處理以及傳感器工業(yè)的研究熱點(diǎn)。

車用雷達(dá)分類及概況

按測(cè)量介質(zhì)不同，可將車用雷達(dá)分為超聲波雷達(dá)、紅外雷達(dá)、激光雷達(dá)以及微波雷達(dá)。超聲波雷達(dá)、紅外雷達(dá)因其探測(cè)距離相對(duì)較短，目前，主要應(yīng)用于汽車倒車控制系統(tǒng)。

激光雷達(dá)和微波雷達(dá)因其具有測(cè)量距離遠(yuǎn)、精度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于車輛主動(dòng)安全控制系統(tǒng)。

激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，具有高單色性、高方向性、相干性好、測(cè)量精度較高、探測(cè)距離遠(yuǎn)、能識(shí)別道路狀況、價(jià)格便宜等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是測(cè)量性能易受環(huán)境因素干擾，在雨、雪、霧等天氣情況下，測(cè)量性能會(huì)有所下降，受測(cè)量原理限制只能傳遞相對(duì)距離信息。按測(cè)量原理不同可分為脈沖式激光測(cè)距雷達(dá)和相位式激光測(cè)距雷達(dá)2種。

微波雷達(dá)探測(cè)距離遠(yuǎn)、運(yùn)行可靠、測(cè)量性能受天氣等外界因素的影響較小，可以獲得主車與目標(biāo)車輛間距離、相對(duì)速度，有些雷達(dá)還可獲得相對(duì)方位角和以及相對(duì)加速度等信息，但價(jià)格比較昂貴。按測(cè)量原理不同，可分為脈沖調(diào)頻（pulse frequency modulation，PFM）和調(diào)頻連續(xù)波（frequency modulation continuous wave，F(xiàn)MCW）。

當(dāng)前，微波雷達(dá)的使用頻率主要集中在23～24，60～61，76～77GHz3個(gè)頻段，波長(zhǎng)均為毫米級(jí)，也稱微波雷達(dá)為毫米波雷達(dá)。在這些特殊頻段上，微波的輻射能量在大氣中具有很大的衰減特性。24GHz雷達(dá)信號(hào)在大氣中傳播的衰減系數(shù)大約為0.2dB/km，60GHz約為15dB/km，77GHz約為0.4dB/km。整體上是隨頻率的升高而上升，但在上述3個(gè)頻段內(nèi)由于大氣中水蒸汽、氧分子的吸收和散射作用產(chǎn)生出衰減尖峰，使得雷達(dá)信號(hào)的傳播被限制在一個(gè)較短的范圍之內(nèi)，從而可以盡量降低對(duì)其它車輛雷達(dá)或無(wú)線電設(shè)備的影響，并減少對(duì)周圍人體的輻射。

車用雷達(dá)的研究進(jìn)展與應(yīng)用

雷達(dá)技術(shù)首先應(yīng)用于軍用，隨著全世界對(duì)道路交通安全、汽車安全技術(shù)的不斷重視，雷達(dá)技術(shù)開(kāi)始轉(zhuǎn)為民用，主要用于交通的管制、雷達(dá)測(cè)速以及汽車主動(dòng)安全技術(shù)方面。

國(guó)外對(duì)車用雷達(dá)的研究開(kāi)始比較早，在以德國(guó)、美國(guó)、日本、法國(guó)等為代表的主要西方發(fā)達(dá)國(guó)家內(nèi)展開(kāi)。隨著汽車電子技術(shù)、嵌入式技術(shù)以及信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)了車用雷達(dá)的研制與應(yīng)用，世界各國(guó)掀起了研發(fā)車用雷達(dá)的熱潮。

車用毫米波雷達(dá)的研究始于20世紀(jì)60年代。典型代表是德國(guó)ADC公司生產(chǎn)的ASR100毫米波雷達(dá)采用脈沖測(cè)距方式。戴姆勒奔馳、日產(chǎn)、福特等汽車公司廣泛開(kāi)發(fā)的汽車主動(dòng)避撞系統(tǒng)以及自適應(yīng)巡航系統(tǒng)多采用該款雷達(dá)。

車用測(cè)距雷達(dá)研究最新進(jìn)展

日本豐田公司與Denso公司、三菱公司合作開(kāi)發(fā)的電子掃描式毫米波（electronically scanning MMW）雷達(dá)，采用調(diào)頻連續(xù)波測(cè)距方式，結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾性能好。它是世界上第一款采用先進(jìn)的相控陣技術(shù)的車用雷達(dá)。與機(jī)械掃描雷達(dá)相比，相控陣?yán)走_(dá)的天線無(wú)需轉(zhuǎn)動(dòng)，波束掃描更加靈活，對(duì)目標(biāo)識(shí)別的性能優(yōu)異。