雷達防撞系統(tǒng)

基于DSP技術的汽車防撞雷達院系：電子與信息工程學院專業(yè)：通信1111班小組成員：何海青陳洋陳家遙沈冬冬2014年2月24日基于DSP技術的汽車防撞雷達摘要：簡要介紹了各種汽車防撞技術的工作原理，分析比較了現(xiàn)有汽車防撞技術的優(yōu)缺點，提出了一種基于DSP的可實現(xiàn)低成本、高精度測距測速功能的FMCW（調(diào)頻連續(xù)波）防撞雷達設計方案，具體介紹了DSP在系統(tǒng)中的作用。關鍵詞：FMCW雷達數(shù)字信號處理DSP汽車防撞一?弓I言隨著汽車工業(yè)和高速高架公路的飛速發(fā)展，汽車撞車事故也隨之日益嚴重，汽車防撞報警是迫切需要解決的問題。歐洲的一項研究表明：駕駛員只要在有碰撞危險的0.5秒前得到預警，就可以避免至少60%的追尾撞車事故，30%的迎面撞車事故和50%的路面相關事故;若有1秒鐘的“預警”時間，則可避免90%的事故⑴。若在夜、雨、雪、霧等的惡劣天氣的條件下，能見度低，司機視距小，汽車中、高速行駛時，很難及時發(fā)現(xiàn)前方障礙物并采取必要的措施。從經(jīng)濟方面來說，我國的橋梁、高速公路的運行受天氣條件影響較大，為保證車輛運行的安全，遇到惡劣天氣時以限制車速或關閉來達到安全的目的，這樣毫無疑問將影響道路的通過能力，除造成巨大的經(jīng)濟損失外，使本來就擁擠的道路更加阻塞。近幾十年來,美、日、西歐等國家的多家汽車公司投入巨資，先后研究成功了24GHZ,60GHZ，76.5GHZ的單脈沖和調(diào)制連續(xù)波兩種體制的雷達系統(tǒng)。這兩種體制的雷達系統(tǒng)已經(jīng)在國外的一些汽車公司的高檔轎車中應用，但由于其成本高昂而未得到廣泛的應用⑵。近年來，價格低廉的高性能DSP芯片的出現(xiàn)極大的推動了汽車防撞雷達技術研究，使汽車防撞雷達系統(tǒng)在普通汽車中的實現(xiàn)和普及成為可能。由于受經(jīng)濟技術發(fā)展水平等因素的影響，我國在汽車防撞技術上的研究起步較晚，因此，相對于國外的防撞研究水平，我國的車用防撞系統(tǒng)的研制水平仍然較低。但這方面的研究已得到業(yè)界的高度重視。本文簡要介紹和比較汽車防撞的幾種探測方式，重點介紹雷達的工作原理。在此基礎上，提出了一種基于DSP的FMCW防撞雷達設計方案，實現(xiàn)FMCW雷達低成本，高精度的測距測速功能，具體介紹了DSP在系統(tǒng)中的作用。二基于DSP的汽車防撞探測技術1?智能汽車的定義智能汽車是指一輛汽車具有規(guī)劃自己的行車路線，感知周圍環(huán)境，針對實時交通情況做出合理決策，并輔助、甚至代替駕駛員進行車輛駕駛的能力，從而減小駕駛員的勞動強度，使車輛行駛過程變得更加安全、舒適、高效。2?汽車防撞警示系統(tǒng)汽車防撞預警系統(tǒng)是在汽車行駛過程中，對汽車的前后以及左右方向的危險物進行檢測，在汽車與危險物具有發(fā)生碰撞危險的情況下進行聲光報警，提示駕駛員危險物的方向以及危險程度，以便讓駕駛員采取相應的措施，避免追尾碰撞和側掛等交通事故的發(fā)生。（1） 測距裝置：測距裝置采用雷達、超聲波、激光、紅外線等測定障礙物與汽車的距離。（2） 處理裝置：電腦根據(jù)事先儲存的程序，判斷出有碰撞的危險時，向駕駛員發(fā)出警報。如果駕駛員未能及時采取措施，則向制動器、轉向器等發(fā)出指令，以保證汽車的安全。（3） 執(zhí)行裝置：警報及執(zhí)行裝置警報器一般采用燈光信號或伴隨聲音信號。執(zhí)行裝置可根據(jù)電腦發(fā)出的指令使制動器制動，或使轉向器轉彎。雷達防撞預警系統(tǒng)雷達汽車防撞預警系統(tǒng)利用電磁波發(fā)射后遇到障礙物反射的回波對其不斷檢測和計算與前方或后方障礙物的相對速度和距離，經(jīng)過分析判斷對構成危險的目標按程度不同進行報警。該系統(tǒng)由收發(fā)天線、定向耦合器、混頻器、調(diào)頻振蕩器和處理單元組成。防撞雷達方案比較目前汽車防撞技術按目標探測方式和工作原理的不同,主要有超聲波、紅外線、激光、以及毫米波。其中前三種雷達都是通過對回波的檢測，與發(fā)射信號相比較，得到脈沖或相位的差值，從而計算出發(fā)射波與回波的時間差，再分別根據(jù)超聲波、紅外線、激光在空氣中的傳播速度，計算出與目標物的相對距離。這三種技術的汽車雷達結構簡單，成本低，但使用過程存在不同程度的局限性。紅外線測距在技術上難度不大，但受天氣的影響較大，且紅外線穿透力不強,在長距離探測方面不能滿足汽車防護的要求。超聲波同樣受大氣紊流和氣渦的影響，且探測距離短，主要用于倒車雷達等近距離測距。激光具有高單色性、方向性和相干性強等特點，且光束很少擴散，波速能量集中，適用于遠距離測量，在汽車防撞領域，受汽車的震動以及反射鏡面磨損、污染、灰塵等因素影響較大，測距精度難以保證。與超聲波、紅外線、激光相比，毫米波雷達分辨率高，不受大氣絮流的影響，而且穿透能力很強，受雨、雪、霧等天氣的影響較小。同時毫米波多譜勒頻移大，不僅可以測量目標的距離，還可以測量目標的相對速度，因較好的穩(wěn)定性和適應性特點，毫米波雷達成為最有發(fā)展?jié)摿Φ钠嚪雷怖走_。5?基于DSP的毫米波雷達系統(tǒng)毫米波雷達原理毫米波波長為1?10mm。毫米波雷達向外發(fā)射的頻率隨時間線性變化，若有目標時反射回波，將發(fā)射波和回波信號混頻，從混頻器輸出，再從頻譜信號中提取含目標相對距離和速度信息。系統(tǒng)硬件設計」/INTOTHS1206Rco-irwi1顯乎11搖口DSPUJUJP3.2cso：ON-CLK0 _1ITMS320VC5416RJDIIVWR-thCS1ATgQC51A0-A15CPLDADO-AD7| |fir&逹|蘆閭氏警電曙電源晉理橫駆—―N閃冉 RD 服處理器采用單片機AT89C51,完成人機交互、顯示和控制報警。鍵盤可設置系統(tǒng)運行參數(shù)和不同條件（如車速、不同天氣狀況）下的報警門限，并由LCD中文顯示。當主處理器運算后得到目標信號（距離、車速）超過設定門限時，經(jīng)AT89C51控制聲光報警。應用程序采用在C語言和匯編語言混合編程的方法，即在算法運算量大的地方，用手工編寫的方法編寫匯編語言，而運算量不大的地方則采用高級語言。DSP需要完成的主要任務有：（1）啟動A/D轉換并讀取轉換后的數(shù)據(jù)；（2）目標提取，包括數(shù)據(jù)預處理（雜波濾除、時域加窗）、功率譜估計、譜峰搜索、危險目標確定。系統(tǒng)軟件流程圖三?結論汽車防撞雷達是提高汽車行駛安全的方法之一，我們可以將調(diào)頻連