77GHz车载防撞雷达研究与设计

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随着雷达探测技术的发展,车载防撞雷达已经逐渐进入了大众视野,成为了高级辅助驾驶领域中不可或缺的一环,尤其是在车辆数量愈发增多的现在。车载防撞雷达通过对回波数据进行处理分析为驾驶人员提供预警,通过辅助驾驶人员来提升车辆的行驶安全。24GHz与77GHz是车载防撞雷达的两个主要频段,但24GHz雷达存在体积大并且探测距离与精度不及77GHz雷达的问题,所以车载防撞雷达正在由24GHz逐步向77GHz过渡。毫米波雷达可以全天候的工作并且衰减弱、穿透性强,使其在众多雷达中脱颖而出成为了辅助驾驶的核心传感器。为了使雷达拥有较好的性能,本文设计的是77GHz车载防撞毫米波雷达。论文中给出了防撞雷达的硬件电路设计与防撞雷达在两种情况下的测试结果。重点实现了低副瓣阵列天线和对回波信号的处理算法。论文主要内容如下:(1)低副瓣天线设计方法对比分析。对比分析了两种能设计低副瓣天线的泰勒综合法与切比雪夫综合法,将两种综合法进行MATLAB仿真对比。由于泰勒综合法在天线单元数量较少时,方向图会变的不精确,选取更适合较少单元数的切比雪夫综合法。(2)给出了77GHz车载防撞雷达的总体框架并提出了性能要求,基于性能要求对雷达进行设计。对比分析多种77GHz芯片选取了高度集成的AWR1642芯片,并对芯片外围电路进行了设计。出于雷达体积的考虑,设计单元数为8的阵列天线。计算出贴片单元尺寸并用切比雪夫综合法对天线进行了优化,得到低副瓣和高增益的阵列天线,并在HFSS软件上进行仿真。天线与PCB集成后使成品雷达的体积为7cm*5cm*2cm,满足小体积的设计要求并且总体功耗在3W左右。(3)对回波数据的处理流程进行了说明并对部分重要算法进行了仿真。首先是说明了AWR1642的对数据的处理过程和参数设置,然后是对在DSP子系统内实现的算法进行了说明与仿真。重点对其中的测距算法、测速算法、测角算法、多种恒虚警算法在MATLAB上进行了仿真,对比分析多种恒虚警算法后选取了适合多目标的恒虚警算法OS_CFAR。(4)对77GHz车载防撞毫米波雷达进行两种不同环境的测试。将应在DSP子系统内计算的数据导入到MATLAB中进行处理,将MATLAB处理结果与实际情况进行对比分析。对雷达的测试分别在两种环境下进行,在封闭环境下对金属反射器、行人、车辆进行了测试;在实际道路情况下对行驶中的车辆、电动自行车、行人进行了测试。在封闭环境下杂波干扰较少,测试效果良好,能够较精确的获取目标的信息;在实际道路环境情况下的杂波干扰较多,但也能较好的获取目标信息,测试结果验证了本文设计的车载防撞雷达的性能可以满足实际需求。
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