智能车船防撞雷达专利技术发明与意义

1.技术领域

本文论述从多项申请专利中精选出的一组相互独立、技术各有所长、可满足不同环境和应用层次的车、船“智能”防撞雷达。

2.背景技术
目前，汽车及其他机动车大量增多，给人们出行带来便捷的同时道路拥挤超负荷，时有车辆违章闯红灯、超车抢道、超速、超载，车道路况时刻存在危险，驾驶经验不足或交通法规意识淡薄是安全隐患，车祸频繁发生造成大量的人员伤亡和重大的财产损失，已成为全世界严重的社会问题，美、欧、日本等国投入大量人力和物力研制先进防撞雷达，由于防撞雷达工作环境和条件十分苛刻，技术要求很高，有不少难题需解决。

海洋航运和内陆江河湖泊航运、渔业迅速发展，船只大量增多，港口、航道越来越拥挤，尤其两船或多条船交汇时其惯性力冲击掀起大波浪，影响航向使船只不易正确操纵，导致船只相互碰撞或撞击桥墩，严重时沉船甚至桥梁塌陷，暴风雨等恶劣天气引发事故概率更大，迫切需要先进防撞雷达保障航行安全。

分析现有技术FM-CW调频连续波防撞雷达局限于检测单一目标，调频信号单一频率、波形作为检测信号标志，不能对观察区域内所有目标同时无模糊测距测速。多目标间距近，相邻目标回波交调重叠检测数据很难分辨鉴别，同一区域相邻车道或航道防撞雷达相互干扰，降低检测性能甚至无法正常工作，难以应对行驶过程中复杂多变的险情。随机信号连续波雷达虽有很高的抗干扰能力，有望在同一区域电磁兼容性EMC问题得到解决，但因天线发射辐射泄漏，阻塞回波检测，且对可能发生碰撞的大小目标，距离远近分辨力单一。减轻相对方向相互干扰，窄波束天线观察视域减小，道路弯曲存在盲区。反射式天线价高、扫速慢，抗振防尘差，而微带天线损耗大。简单显示器缺少全景信息图像。脉冲雷达发射脉宽遮挡回波的盲距，不宜近距防撞。汽车行驶在高速公路上缺少后视预警，常有追尾相撞。现有车船防撞雷达缺少用传感器构成闭环控制，缺少天线难以适应控制和避障、减速及刹车的智能控制，能见度差或行驶遇险情不能及时帮助司机解危避免事故的需要。

3.总体发明内容
本组发明总体上设为：采用准光集成介质透镜天线阵列收发，数字信号处理器DSP按车道或航道转换波束警戒可能发生碰撞的目标，路况或水面摄像、速度传感、卫星定位GPS数据微控制器MCU控制时分信道调频或调相，时分脉冲异步检测，射频经上变频、R/T、倍频与功放、环形器、波束开关、天线阵列发射，回波经天线阵列、波束开关、环形器、R/T、低噪声高放、分谐波混频器、中放、多通道信号提取异步选通门选取，再经I/Q相干检波、脉压相关匹配滤波、A/D转换，DSP片内分组时分复用数据重排、快速傅里叶变换FFT、距离旁瓣抑制、MTI动目标显示、恒虚警处理CFAR，双口RAM汇接DSP与MCU总线，图像显示CRT、声光报警、避障、减速、刹车、键盘经接口I/O接入MCU，目标数据暂存FIFO传入DSP与MCU处理控制，参考路况或水面实况提高雷达防撞功能。全相参毫米波收/发载频、中频相干检测，分谐波混频组合倍频发射，少量器件获取毫米波高载频分辨力。

4.分项创新特点与优点
1.毫米波时分调频多目标检测汽车防撞雷达，专利号200810120605.9/200820163087.4,路况摄像结合本车速MCU控制n路时分脉冲、n组调制信号频率与波形捷变，时分n路脉冲锁相调频发射，相对快速地同时测定多个路障目标无模糊的距离、测速，脉内线性调频加宽信号瞬时带宽，脉压匹配滤波、加权获取大信噪比高分辨力，发射一路接收一个目标信息或接收多个目标相干积累。前方无车时由司机设速行驶，出现车辆时雷达测其距离和相对运动速度，跟踪至最近车辆，控制本车速保持安全距离，并识别静止车辆绕道而过，避免追尾相撞。

2.毫米波时分无源调频多通道汽车防撞雷达，专利号200810120607.8/200820163089.3,n组SAW多通道无源线性调频发射，n路目标回波在时分异步选通门选取n组与发射SAW器件相同共轭匹配脉压滤波加权，相对快速地同时检测多个车道目标或单个目标在多个通道检测相干积累数据，当某通道信号受干扰或不稳定，不影响其它通道正常检测的抗干扰能力，DSP抑制虚警识别与本车最近距离目标，偏离安全距离时声光报警，逼近危险距离智能避障或减速、刹车，起到能见度差司机不易看清楚的避障功能，提高安全行驶。

3.毫米波随机二相码调相调幅汽车防撞雷达，专利号200810120601.0/200820163318.1,用一个宽带噪声源产生两个相互独立随机码元，随机码发生器A调相测距/测速，随机码发生器B幅度键控调相载频二次调制，随机序列控制收/发开关，调相/调幅双重随机编码异步检测，增强不断变化的随机性，同一区域环境相邻车道相对方向行驶，允许用宽波束天线，发射信号相互照射扫掠，尽管干扰信号必然进入对方接收通道，随机信号是随机变量的时间过程，双随机码早已交叉变化，起不了对目标回波相关处理干扰作用，互不干扰对方雷达正常工作，共存运行，不仅有很强的抗干扰环境电磁兼容性EMC，后沿检测避免发射脉宽遮挡的盲区，并抑制发射能量泄漏，提高防撞雷达检测能力。

4.毫米波时分随机码调相多通道汽车防撞雷达，专利号200810120606.3/200820163088.9,路况实情结合本车速及GPS数据MCU控制时分n个信道，SAW声表带通滤波器选取码频与带宽，采样保持分段关联、相互独立产生，时分编码为码频递增、码元宽度递减排列n路多元随机码调相发射，目标距离由远到近码频增高、码元宽度线性变窄，距离越近分辨力越高，多谱勒频移越大，三维图像细节分辨越清楚，弘扬随机信号优良的电磁兼容性EMC，防护相邻车辆雷达电磁干扰，以实现普遍应用防撞雷达，保障行驶安全。

5.毫米波船用调频多通道防撞雷达，专利号200810120373.7/200820163090.6,在船顶高位处或桅杆设置准光集成介质透镜收/发天线阵列，DSP编码脉冲分配序列对应时间CRT坐标变换器导出识别目标所处位置，全方位警戒可能碰撞的目标，由水面航道摄像、本船速、卫星定位GPS数据MCU控制n路时分脉冲，n组SAW调频时分编码发射，回波在时分异步选通门选取n组与发射SAW共轭匹配脉压滤波，DSP谱分析抑制虚警，识别与本船最近距离目标，偏离安全距离声光报警、逼近危险距离自动避障或减速，起到能见度差司机不易看清楚的避障功能，极大提高防撞性能。

5.积极效果与意义
智能毫米波防撞雷达能全天候时刻警戒，帮助司机在驾驶途中排除险情，减缓紧张和疲劳，为司机和乘客提供舒适安全的旅途，减少司机的错误判断，嵌入GPS实时提供本车船当前位置，如发生问题能及时通报与处理。
同向行驶时，雷达测出前方车或船距离和相对运动速度，小于安全距离报警，至逼近危险距离有一段可以避撞时间的距离，此时司机作出正确操作60％以上可以避撞，启用自适应控制系统智能防撞雷达，避免碰撞不受司机心理和生理能力所限，正确率大大提高。

相对方向行驶如遇迎面相撞的险情，时间是两车速度之和，安全距离急剧缩短，要求驾驶素质和经验更高，相应的智能防撞雷达自适应控制系统反映速度为ms级甚至μs级，比人类反映快得多，在无机械故障条件下人控是不能替代的。

智能防撞雷达给司机提供作出正确判断所必需的额外时间，紧急状况提前1秒能预防90％追尾事故和60％的迎面冲撞。显而易见，弘扬高科技创新促进社会进步造福人类，体现“以人为本，生命至上”的理念，防止交通事故发生保护生命，保护财产和精神不受损失，投入防撞“良性”开支远胜于事故高发的“恶性”支出，国家交通管理水平明显提高，缓解道路超负荷运行问题，保障交通安全，构建和谐社会繁荣发展。