中心議題：

• 汽車雷達網絡的構成原理
• 汽車雷達網絡關鍵技術解決方案
• 汽車雷達網絡的發展現狀

解決方案：

• 近距離傳感器設計
• 雷達組網同步控製
• 內置運動目標位置估算算法

隨著人們對汽車駕駛過程當中安全性、shushixingyaoqiudebuduantigao，qicheleidabeiguangfandeyingyongzaiqichedezishiyingxunhangxitong，fangpengzhuangxitongyijijiashizhiyuanxitongzhong。qizhong，haomiboleidayintancejingdugao、硬件體積小和不受惡劣天氣影響等優點而被廣泛采用。

但是傳統的單一雷達傳感器還是存在著諸如探測範圍小、可靠性低等缺點。特別是在複雜的行駛狀況下，並線、移線、轉彎、上下坡以及道路兩旁的靜態護欄、標誌牌
、行人都會使得雷達對主目標的識別十分困難，誤報率很高。

要想完全解決好雷達的誤報問題,還(hai)需(xu)要(yao)采(cai)取(qu)多(duo)傳(chuan)感(gan)器(qi)之(zhi)間(jian)的(de)信(xin)息(xi)融(rong)合(he)技(ji)術(shu)。通(tong)過(guo)將(jiang)各(ge)種(zhong)雷(lei)達(da)傳(chuan)感(gan)器(qi)集(ji)成(cheng)在(zai)一(yi)起(qi)構(gou)成(cheng)的(de)一(yi)個(ge)網(wang)絡(luo)係(xi)統(tong)綜(zong)合(he)了(le)各(ge)種(zhong)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)優(you)勢(shi)，實(shi)現(xian)了(le)信(xin)息(xi)分(fen)析(xi)
、綜合和平衡,利用數據間的冗餘性和互補特性進行容錯處理,克服了單一傳感器可靠性低、有效探測範圍小等缺點,有效地降低了雷達的誤報率。由此構成的新的、高精度的傳感器網絡，能夠極大地改善汽車雷達網絡係統的性能。

雷達網絡的構成原理
　　                                           
圖1所示的雷達網絡由四個等距離分布在安全杠上的近距離毫米波雷達傳感器(Neardistancesensor

，NDS)構成，每個雷達傳感器均采用FMCW體製。該傳感器網絡可在35米的範圍內實現水平方位角為120°的覆蓋麵。這種近距離、大覆蓋麵的雷達傳感器網絡可以在車速不高
，路麵狀況比較複雜的情況下(例如市內交通)，監控汽車前向較大範圍內的目標。

如果需要遠距離探測，可以在安全杠中間增加一個遠距離雷達傳感器。隨著77GHz汽車雷達傳感器技術的成熟,近/遠距離雷達傳感器都傾向於采用77GHzMMIC(毫米波集成電路)技術實現，采用這種技術容易做出一體化的設計方案，使收發模塊的成本大為降低。
                                  
在圖2所示傳感器網絡係統框圖中，基於77GHzMMIC技術的雷達傳感器是構成汽車雷達網絡的前端關鍵硬件，後端的信息處理需要用數字信號處理器等高速運算單元來完成。傳感器、數字信號處理單元以及數據融合決策係統之間采用以太網、高速串行連接的方式傳送數據
，以滿足高數據率的傳輸要求。

數據融合係統采用分布式體係結構，即每個近距離傳感器對獲得的回波信號先進行局部處理,然後送入融合中心進行融合以獲得目標的方位、速(su)度(du)信(xin)息(xi)。控(kong)製(zhi)器(qi)是(shi)整(zheng)個(ge)雷(lei)達(da)網(wang)絡(luo)係(xi)統(tong)的(de)最(zui)終(zhong)決(jue)策(ce)機(ji)構(gou)，它(ta)負(fu)責(ze)識(shi)別(bie)目(mu)標(biao)的(de)距(ju)離(li)和(he)速(su)度(du)信(xin)息(xi)是(shi)否(fou)對(dui)行(xing)車(che)安(an)全(quan)構(gou)成(cheng)威(wei)脅(xie)
，並(bing)通(tong)過(guo)聲(sheng)光(guang)的(de)形(xing)式(shi)提(ti)示(shi)駕(jia)駛(shi)員(yuan)或(huo)者(zhe)直(zhi)接(jie)作(zuo)用(yong)於(yu)車(che)載(zai)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)加(jia)以(yi)調(tiao)整(zheng)。
                                                    
　                                                     圖2雷達網絡係統結構圖[page]

汽車雷達網絡關鍵技術解決方案

與單個雷達傳感器相比
，多傳感器組網的優勢在於測量精度高，誤報率低以及多目標識別的優越性能。測量精度高、誤報率低源於數據融合技術，這就要求每個傳感器在時間、頻率上精確同步；多目標識別取決於係統自身對目標的識別分類能力。因此
，在整個雷達網絡包括每個雷達傳感器的設計上都要圍繞著這兩點來進行。

1近距離傳感器設計

近距離雷達傳感器主要擔負著汽車前向35米內的目標探測，是汽車雷達網絡在複雜路況下發揮效能關鍵部分。近距離雷達傳感器主要包括射頻單元、jieshoujihegegechuanganqidezhijiandejingqueshijiantongbukongzhi。zaitianxiandeshejishang，jiyaofuhesuoshideboshukuandudeyaoqiu，tongshiyoubunengzengdachuanganqidetiji。yincikeyicaiyongyinshuatixianxingzhenlietianxian。

接收機主要由一些低頻元件、kanghundielvboqihemoshuzhuanhuanzhuangzhigoucheng。zhexiedipinyuanjiansuochanshengdezaoshengkeyiyanmeiweiruodehuiboxinhao
，shiyingxiangtancejulidezhuyaoyinsuzhiyi，yinciyaojinkenengdejiangdizaoshengcanshu。ciwai
，moshuzhuanhuandecaiyangpinlvyinggaiyijujinjulichuanganqidexingnengcanshulaiqueding。jinjulichuanganqideyuanliturutu3所示。

                                                    
　                                                             圖3近距離傳感器結構圖



2同步控製
雷達組網後,同tong樣yang是shi通tong過guo測ce量liang發fa射she信xin號hao和he回hui波bo信xin號hao之zhi間jian的de頻pin率lv差cha來lai確que定ding目mu標biao的de位wei置zhi。但dan不bu同tong於yu單dan個ge雷lei達da探tan測ce，汽qi車che雷lei達da網wang絡luo測ce量liang目mu標biao的de距ju離li和he速su度du是shi通tong過guo對dui每mei個ge傳chuan感gan器qi測ce得de的de目mu標biao信xin息xi進jin行xing數shu據ju融rong合he而er得de到dao的de。為wei了le測ce量liang目mu標biao距ju離li以yi及ji產chan生sheng一yi致zhi的de波bo形xing
，發fa射she機ji和he接jie收shou機ji要yao有you統tong一yi的de時shi間jian標biao準zhun,這就是時間上的同步。

為了能接收和放大回波信號,雷達傳感器的發射機和接收機必須工作在相同的頻率,當發射機頻率捷變時,接收機本振要作相應的變化,即要實現頻率上的同步。汽車雷達網絡對傳感器之間的時間同步控製誤差要求在10ns內。所以高精度時間頻率同步係統是汽車雷達傳感器組網的關鍵技術。
                                                         
                                                                         圖4同步係統框圖
圖4給出了基於DDS同步時鍾源的配置，各個收發單元上的DDS同步時鍾源的參考頻率源應采用高穩定度的原子鍾(如銣

、銫原子鍾)。各收發單元的原子鍾要定期的用同一時間基準來校準。用作校準的時間基準的精度要更高一些,它們可以是GPS(導航星全球定位係統),羅蘭C或彩色電視發射台發射的時間基準信號.

3汽車雷達網絡的目標分類算法

目mu標biao分fen類lei係xi統tong的de主zhu要yao任ren務wu是shi針zhen對dui目mu標biao回hui波bo信xin號hao特te征zheng計ji算suan給gei定ding向xiang量liang的de分fen類lei關guan係xi
，分fen類lei器qi定ding義yi了le一yi組zu不bu同tong的de目mu標biao類lei別bie。分fen類lei器qi的de工gong作zuo可ke以yi分fen為wei研yan究jiu階jie段duan和he分fen類lei階jie段duan，在zai研yan究jiu階jie段duan分fen類lei器qi對dui若ruo幹gan特te征zheng和he經jing過guo獨du立li標biao記ji的de特te征zheng向xiang量liang進jin行xing自zi動dong分fen析xi
；在分類階段，要對每個被檢測到的目標生成特征向量。

與此同時，識別算法采用最大似然方法進行判決
，以判別特征向量屬於哪個類，如圖5所(suo)示(shi)。在(zai)汽(qi)車(che)應(ying)用(yong)中(zhong)
，由(you)於(yu)分(fen)類(lei)任(ren)務(wu)很(hen)複(fu)雜(za)，通(tong)常(chang)一(yi)個(ge)給(gei)定(ding)的(de)向(xiang)量(liang)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)幾(ji)個(ge)特(te)征(zheng)，因(yin)而(er)要(yao)采(cai)用(yong)多(duo)個(ge)分(fen)類(lei)器(qi)
，其(qi)優(you)點(dian)是(shi)在(zai)研(yan)究(jiu)階(jie)段(duan)能(neng)夠(gou)在(zai)一(yi)次(ci)迭(die)代(dai)過(guo)程(cheng)中(zhong)評(ping)估(gu)某(mou)個(ge)特(te)征(zheng)對(dui)決(jue)策(ce)過(guo)程(cheng)的(de)影(ying)響(xiang)

，並(bing)自(zi)動(dong)剔(ti)除(chu)對(dui)決(jue)策(ce)過(guo)程(cheng)影(ying)響(xiang)較(jiao)小(xiao)的(de)項(xiang)目(mu)。

基於汽車雷達傳感器的目標分類係統的係統結構和信號處理過程

，它可以識別六種不同的雷達目標的類別，包括：步行者、騎自行車的人、車輛、人群、樹木和交通標誌等。
[page]
4運動目標位置估算算法
                                                            
                                                                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]。傳統體製的FMCWcaiyongdengzhouqitiaopin，zaiceliangdangemubiaodeqingkuangxia，jiandankexing，biaoxianlelianghaodeshishixinghecejucesugongneng。danshidangqianfangchuxianduogemubiaodeshihou，leidajiuhuichuxianpanduanshangdekunnan。weileshibieduogemubiaodejulihesudu，keyicaiyongbianzhouqideFMCW波形作為發射信號。文獻[6]給出了采用變周期的發射信號測量目標的距離和速度的算法。
                                          
                                                  圖6汽車雷達網絡對單目標實現測量
對於本文所討論的雷達網絡係統而言，四個近距離雷達傳感器即是發射機又是接收機。如圖6所示，通過電掃開關的控製，其中的一個NDS擔當發射機
，反射信號被四個NDS同時接收。經過信號處理之後

，因各個NDS之間位置的不同
，可以得到四組關於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zhe種zhong采cai用yong單dan基ji地di發fa射she多duo基ji地di接jie收shou的de雷lei達da網wang絡luo體ti製zhi，盡jin管guan對dui傳chuan感gan器qi之zhi間jian的de時shi間jian同tong步bu控kong製zhi要yao求qiu很hen高gao
，但dan是shi可ke以yi避bi免mian鄰lin近jin傳chuan感gan器qi之zhi間jian的de相xiang互hu幹gan擾rao。

汽車雷達網絡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據融合而得到的。在一個測量周期中，每個NDS輪流擔當一次發射機。因此有16種距離和相對速度的組合，用向量表示為：

在笛卡爾坐標係中用目標的狀態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係中的位置用向量表示為：
（3）
對於每個傳感器而言
，如果已知該傳感器和目標在坐標係中的位置
，那麼距離可以由下麵的非線性方程來計算：
（4）
同理，得到關於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，用向量函數表示成：
（6）
其導數矩陣，也就是雅可比矩陣為：
（7）
對方程(7)采用高斯-牛(niu)頓(dun)迭(die)代(dai)算(suan)法(fa)可(ke)以(yi)精(jing)確(que)計(ji)算(suan)出(chu)目(mu)標(biao)狀(zhuang)態(tai)向(xiang)量(liang)的(de)參(can)數(shu)值(zhi)，繼(ji)而(er)可(ke)以(yi)得(de)到(dao)目(mu)標(biao)的(de)位(wei)置(zhi)和(he)相(xiang)對(dui)速(su)度(du)值(zhi)。由(you)於(yu)上(shang)述(shu)運(yun)算(suan)能(neng)夠(gou)給(gei)出(chu)運(yun)動(dong)目(mu)標(biao)位(wei)置(zhi)的(de)笛(di)卡(ka)爾(er)坐(zuo)標(biao)，因(yin)此(ci)很(hen)方(fang)便(bian)確(que)定(ding)位(wei)置(zhi)估(gu)算(suan)的(de)精(jing)度(du)和(he)分(fen)辨(bian)率(lv)[7]。

毫米波汽車雷達網絡的發展現狀

目前，盡管國際上將毫米波汽車雷達網絡的77GHz頻段的研究很充分，但是
，具體采用什麼頻段
，每個國家還有差異

，目前關於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成熟度問題。因此
，77GHz雷達傳感器的成本和技術成熟度是汽車雷達網絡是否能夠在市場上取得普及應用的關鍵。

在77GHz雷達傳感器的研發方麵，關鍵技術是如何采用GaAs(镓砷)器件的工藝技術來設計和製造低成本的汽車近/遠距離雷達傳感器

，進而降低整個汽車雷達網絡的成本。國外GaAs器件製造業發展的速度很快
，已經出現了一些極具性價比的汽車雷達傳感器，一些報道甚至預言在2007年末2008年
，汽車雷達網絡的市場將啟動，並有望成為普及型轎車的基本配置。

汽車雷達網絡相對於其它係統，技術門檻要低得多。目前，中國汽車雷達的開發還主要集中在汽車倒車雷達
、汽車雷達測速器的層麵上，所使用的技術和頻段差別很大，還沒有從器件、頻率分配、汽車雷達網絡結構、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、係xi統tong和he產chan業ye鏈lian的de角jiao度du來lai研yan究jiu和he開kai發fa汽qi車che雷lei達da網wang絡luo技ji術shu
，這zhe與yu國guo際ji上shang日ri益yi普pu及ji的de汽qi車che雷lei達da研yan究jiu與yu應ying用yong相xiang比bi，還hai存cun在zai很hen大da的de反fan差cha。這zhe種zhong狀zhuang況kuang與yu中zhong國guo作zuo為wei全quan球qiu的de汽qi車che消xiao費fei大da國guo的de地di位wei是shi不bu相xiang適shi應ying的de。