汽車?yán)走_(dá)傳感器組網(wǎng)技術(shù)研究
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圖5汽車?yán)走_(dá)對(duì)目標(biāo)的分類處理過(guò)程
FMCW雷達(dá)的基本原理是利用發(fā)射和回波信號(hào)之間的頻率差來(lái)確定目標(biāo)的距離和速度[5]。傳統(tǒng)體制的FMCW采用等周期調(diào)頻，在測(cè)量單個(gè)目標(biāo)的情況下，簡(jiǎn)單可行，表現(xiàn)了良好的實(shí)時(shí)性和測(cè)距測(cè)速功能。但是當(dāng)前方出現(xiàn)多個(gè)目標(biāo)的時(shí)候，雷達(dá)就會(huì)出現(xiàn)判斷上的困難。為了識(shí)別多個(gè)目標(biāo)的距離和速度，可以采用變周期的FMCW波形作為發(fā)射信號(hào)。文獻(xiàn)[6]給出了采用變周期的發(fā)射信號(hào)測(cè)量目標(biāo)的距離和速度的算法。
圖6汽車?yán)走_(dá)網(wǎng)絡(luò)對(duì)單目標(biāo)實(shí)現(xiàn)測(cè)量
對(duì)于本文所討論的雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)而言，四個(gè)近距離雷達(dá)傳感器即是發(fā)射機(jī)又是接收機(jī)。如圖6所示，通過(guò)電掃開(kāi)關(guān)的控制，其中的一個(gè)NDS擔(dān)當(dāng)發(fā)射機(jī)，反射信號(hào)被四個(gè)NDS同時(shí)接收。經(jīng)過(guò)信號(hào)處理之后，因各個(gè)NDS之間位置的不同，可以得到四組關(guān)于被測(cè)目標(biāo)的距離和相對(duì)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(dá)網(wǎng)絡(luò)體制，盡管對(duì)傳感器之間的時(shí)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?yán)走_(dá)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量目標(biāo)的距離和速度是通過(guò)對(duì)每個(gè)傳感器測(cè)得的目標(biāo)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)融合而得到的。在一個(gè)測(cè)量周期中，每個(gè)NDS輪流擔(dān)當(dāng)一次發(fā)射機(jī)。因此有16種距離和相對(duì)速度的組合，用向量表示為：
在笛卡爾坐標(biāo)系中用目標(biāo)的狀態(tài)向量來(lái)表述目標(biāo)的位置矢量和相對(duì)速度矢量：
（2）每個(gè)傳感器在笛卡爾坐標(biāo)系中的位置用向量表示為：
（3）對(duì)于每個(gè)傳感器而言，如果已知該傳感器和目標(biāo)在坐標(biāo)系中的位置，那么距離可以由下面的非線性方程來(lái)計(jì)算：
（4）同理，得到關(guān)于目標(biāo)的相對(duì)速度的方程：
（5）綜合方程(1)、(2)、(4)、(5),可以得到目標(biāo)的狀態(tài)向量與四個(gè)傳感器測(cè)得的目標(biāo)的距離速度的多個(gè)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(duì)方程(7)采用高斯-牛頓迭代算法可以精確計(jì)算出目標(biāo)狀態(tài)向量的參數(shù)值，繼而可以得到目標(biāo)的位置和相對(duì)速度值。由于上述運(yùn)算能夠給出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置的笛卡爾坐標(biāo)，因此很方便確定位置估算的精度和分辨率[7]。
毫米波汽車?yán)走_(dá)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀
目前，盡管國(guó)際上將毫米波汽車?yán)走_(dá)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(gè)國(guó)家還有差異，目前關(guān)于汽車用近距離雷達(dá)傳感器的爭(zhēng)論焦點(diǎn)之一是采用24GHz頻段還是77GHz頻段。爭(zhēng)論的原因是77GHz雷達(dá)器件的成本和技術(shù)成熟度問(wèn)題。因此，77GHz雷達(dá)傳感器的成本和技術(shù)成熟度是汽車?yán)走_(dá)網(wǎng)絡(luò)是否能夠在市場(chǎng)上取得普及應(yīng)用的關(guān)鍵。
在77GHz雷達(dá)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(lái)設(shè)計(jì)和制造低成本的汽車近/遠(yuǎn)距離雷達(dá)傳感器，進(jìn)而降低整個(gè)汽車?yán)走_(dá)網(wǎng)絡(luò)的成本。國(guó)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(jià)比的汽車?yán)走_(dá)傳感器，一些報(bào)道甚至預(yù)言在2007年末2008年，汽車?yán)走_(dá)網(wǎng)絡(luò)的市場(chǎng)將啟動(dòng)，并有望成為普及型轎車的基本配置。
汽車?yán)走_(dá)網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于其它系統(tǒng)，技術(shù)門檻要低得多。目前，中國(guó)汽車?yán)走_(dá)的開(kāi)發(fā)還主要集中在汽車倒車?yán)走_(dá)、汽車?yán)走_(dá)測(cè)速器的層面上，所使用的技術(shù)和頻段差別很大，還沒(méi)有從器件、頻率分配、汽車?yán)走_(dá)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、近距離和遠(yuǎn)距離雷達(dá)傳感器、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置估算算法、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的分類、汽車專用信號(hào)處理器等多層次、系統(tǒng)和產(chǎn)業(yè)鏈的角度來(lái)研究和開(kāi)發(fā)汽車?yán)走_(dá)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，這與國(guó)際上日益普及的汽車?yán)走_(dá)研究與應(yīng)用相比，還存在很大的反差。這種狀況與中國(guó)作為全球的汽車消費(fèi)大國(guó)的地位是不相適應(yīng)的。
評(píng)論