汽車雷達傳感器組網(wǎng)技術(shù)研究
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圖5汽車雷達對目標的分類處理過程
FMCW雷達的基本原理是利用發(fā)射和回波信號之間的頻率差來確定目標的距離和速度[5]。傳統(tǒng)體制的FMCW采用等周期調(diào)頻，在測量單個目標的情況下，簡單可行，表現(xiàn)了良好的實時性和測距測速功能。但是當前方出現(xiàn)多個目標的時候，雷達就會出現(xiàn)判斷上的困難。為了識別多個目標的距離和速度，可以采用變周期的FMCW波形作為發(fā)射信號。文獻[6]給出了采用變周期的發(fā)射信號測量目標的距離和速度的算法。
圖6汽車雷達網(wǎng)絡(luò)對單目標實現(xiàn)測量
對于本文所討論的雷達網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，四個近距離雷達傳感器即是發(fā)射機又是接收機。如圖6所示，通過電掃開關(guān)的控制，其中的一個NDS擔當發(fā)射機，反射信號被四個NDS同時接收。經(jīng)過信號處理之后，因各個NDS之間位置的不同，可以得到四組關(guān)于被測目標的距離和相對速度值(r1,1v1,1)、(r1,2v1,2)、(r1,3v1,3)、(r1,4v1,4)。這種采用單基地發(fā)射多基地接收的雷達網(wǎng)絡(luò)體制，盡管對傳感器之間的時間同步控制要求很高，但是可以避免鄰近傳感器之間的相互干擾。
汽車雷達網(wǎng)絡(luò)測量目標的距離和速度是通過對每個傳感器測得的目標信息進行數(shù)據(jù)融合而得到的。在一個測量周期中，每個NDS輪流擔當一次發(fā)射機。因此有16種距離和相對速度的組合，用向量表示為：
在笛卡爾坐標系中用目標的狀態(tài)向量來表述目標的位置矢量和相對速度矢量：
（2）每個傳感器在笛卡爾坐標系中的位置用向量表示為：
（3）對于每個傳感器而言，如果已知該傳感器和目標在坐標系中的位置，那么距離可以由下面的非線性方程來計算：
（4）同理，得到關(guān)于目標的相對速度的方程：
（5）綜合方程(1)、(2)、(4)、(5),可以得到目標的狀態(tài)向量與四個傳感器測得的目標的距離速度的多個非線性方程，用向量函數(shù)表示成：
（6）其導(dǎo)數(shù)矩陣，也就是雅可比矩陣為：
（7）對方程(7)采用高斯-牛頓迭代算法可以精確計算出目標狀態(tài)向量的參數(shù)值，繼而可以得到目標的位置和相對速度值。由于上述運算能夠給出運動目標位置的笛卡爾坐標，因此很方便確定位置估算的精度和分辨率[7]。
毫米波汽車雷達網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，盡管國際上將毫米波汽車雷達網(wǎng)絡(luò)的77GHz頻段的研究很充分，但是，具體采用什么頻段，每個國家還有差異，目前關(guān)于汽車用近距離雷達傳感器的爭論焦點之一是采用24GHz頻段還是77GHz頻段。爭論的原因是77GHz雷達器件的成本和技術(shù)成熟度問題。因此，77GHz雷達傳感器的成本和技術(shù)成熟度是汽車雷達網(wǎng)絡(luò)是否能夠在市場上取得普及應(yīng)用的關(guān)鍵。
在77GHz雷達傳感器的研發(fā)方面，關(guān)鍵技術(shù)是如何采用GaAs(鎵砷)器件的工藝技術(shù)來設(shè)計和制造低成本的汽車近/遠距離雷達傳感器，進而降低整個汽車雷達網(wǎng)絡(luò)的成本。國外GaAs器件制造業(yè)發(fā)展的速度很快，已經(jīng)出現(xiàn)了一些極具性價比的汽車雷達傳感器，一些報道甚至預(yù)言在2007年末2008年，汽車雷達網(wǎng)絡(luò)的市場將啟動，并有望成為普及型轎車的基本配置。
汽車雷達網(wǎng)絡(luò)相對于其它系統(tǒng)，技術(shù)門檻要低得多。目前，中國汽車雷達的開發(fā)還主要集中在汽車倒車雷達、汽車雷達測速器的層面上，所使用的技術(shù)和頻段差別很大，還沒有從器件、頻率分配、汽車雷達網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、近距離和遠距離雷達傳感器、運動目標位置估算算法、運動目標的分類、汽車專用信號處理器等多層次、系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)鏈的角度來研究和開發(fā)汽車雷達網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這與國際上日益普及的汽車雷達研究與應(yīng)用相比，還存在很大的反差。這種狀況與中國作為全球的汽車消費大國的地位是不相適應(yīng)的。
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