车辆主动防碰撞控制系统的设计

　　三、毫米波雷达

　　目前最受关注的传感手段是运用毫米波进行测量的雷达系统。毫米波是指工作频率在 30～100GHz，波长在1～10mm之间的电磁波。毫米波雷达（主要是9 4GHz）原来主要用于短程反装甲武器系统，其功能就是精确测量目标的距离和相对速度。毫米波雷达可以全天候工作，不受天气状况的影响，而恶劣的气候环境正是导致交通事故的主要原因之一。随着GaAs高频器件和单片微波集成电路 MMIC的出现和应用，毫米波雷达的性能有了很大的提高，成本也有所下降，并且雷达的外型尺寸可以做得很小，便于在汽车上安装。因此，毫米波雷达就成了汽车前视雷达的首选。为了在高速公路上及时发现前方的交通堵塞，汽车用毫米波雷达的探测距离必须在100m以上；为了覆盖左右两侧的车道线，探测宽度必为 3.5m；为了不把道路上方的标识和人行天桥也探测进去，上、下方要有与道路的升降相对应的3m左右的探测幅度。其主要指标如下：

　　①天线：尺寸要小、成本要低、性能要高，还要便于安装和使用。

　　②工作频率：毫米波雷达的工作频率与其性能和价格相关。一般而言，频率提高，目标的反射效果会更好，但信号的穿透力会减弱，测距范围降低，器件成本增大。曾有工作于 24GHz，60GHz， 76～77GHz的雷达样机和成品的报道，现由于76～77GHz毫米波雷达具有较好的性价比，国外目前多采用这一工作频率。我国由于受到器件和成本方面因素的影响，目前倾向于采用35GHz的工作频率。

　　③视角：视角就是天线波束的扫描范围，包括方位角和高低角。为降低虚警率，一般选择方位角为9oC～12oC ，甚至更大。高低角则取3oC 左右。

　　④作用距离：100m～150m即可。如美国规定为1～100m，欧洲规定为1～150m，测距范围的确定以保证车制动时两车不会发生追尾碰撞为原则。

　　⑤测量的动态范围：雷达必须有足够的动态范围，以保证对大小目标都能识别。

　　⑥分辨率：径向距离分辨率达到1m即可。

　　四、多传感器融合策略

　　多传感信息融合（Multisensor Information Fusion）或称多源信息融合是近年发展起来的一门新技术。信息融合是解决飞机、导弹之类飞行器航迹预测与跟踪的一种行之有效的方法，而且也是智能信息处理领域最有前途的一个研究方向。从广义角度讲，信息融合普遍存在于自然界。例如，人类认知客观世界，就是通过视觉、听觉、触觉、味觉和嗅觉等感官获得信息，并经过大脑进行融合而得到认知结论。从狭义角度讲，以不同的传感器获得同一对象的不同量测数据，利用某种算法获得一个综合信息，这就是数据融合。数据融合是信息融合中最简单和最实用的一类方法，这种方法是基于估计理论的，特别是Bayes估计理论，并且主要针对的是同一类型数据信息。典型的应用就是目标跟踪中的航迹预测，把来自不同监测装置的数据进行融合，从而得到最好的估计结果。数据融合方法分为集中处理方式和分布处理方式，在目标跟踪研究中，分布处理方式有其特殊的重要性。

　　汽车防碰撞系统的工作环境恶劣，干扰因素众多，只用单一雷达传感器做出判断容易产生虚警，为了提高对目标的识别和估计能力，就要引入多传感信息融合技术。其中，传感器包括雷达传感器、激光扫描仪和视频传感器等。把分布在不同位置的多个同类或不同类传感器所提供的多源信息，进行综合处理，其目的就是降低探测的不确定性，形成对系统环境相对一致的感知描述，以便得到一个准确可靠的分析和判断结果，从而提高系统决策能力。

　　1、基于多传感器信息融合技术的目标识别

　　汽车防碰撞系统的技术关键之一是目标识别系统。因为，雷达在向前方发射电磁波时，车前的所有物体如树木、公路标志、立体交叉、桥梁、架空电线等都会对雷达波产生反射。系统必须剔除那些虚假的，即不会引起碰撞危险的物体反射的信号，将那些真实的，即确有碰撞危险的信号检测出来进行处理，才能准确工作，而不会发生误动作。

　　为了消除或减少虚警现象的发生，除了在设计和选择传感器时要保证一定的技术指标外（如要求雷达的视角在一定的范围内），还要利用其它传感器的信息进行综合分析和判断。

　　2、基于多传感器信息融合技术的距离估计

　　从上面的介绍可知，本车与前车的距离是汽车防碰撞系统的一个重要参数，在计算临界安全距离时，要根据它估算前车的速度和加速度，因此，该距离量的准确性将直接影响防碰撞系统工作的可靠性和准确性。

　　测量距离用的传感器有激光传感器和毫米波传感器，这两类传感器各有特点。它们的测量范围、对环境的适应能力和对目标的反映能力也不尽相同，但是无论使用哪种传感器去保证在整个测量范围内测量的准确性和可靠性，都必须利用融合技术，这样才能根据传感器信息的互补性和冗余性，进行合适的数学处理，得到一个比较准确的距离值。

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