基于毫米波雷达测距的汽车防撞系统研究

赣豢砑凌ＴＥＣＨＮｏＬｏＧＹＡＮＤＭＡｋＫＥＴＶ０１．１７，Ｎｏ．１０，２０１０基于毫米波雷达测距的汽车防撞系统研究廖术娟，刘然，崔德琦（西南交通大学机械工程学院，四川成都６１１７５６）摘要：预知前方行驶车辆的速度和距离的安全避撞装置可以提前预警以达到安全避撞的目的。运用毫米波雷达测距原理获得目标的速度和距离，并进行系统设计和软件设计，实现对汽车防震系统的研究和实现。关键词：毫米波；雷达测距；汽车防震ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－８５５４．２０１０．１０．００５０引曹随着人民经济水平的提高，汽车已经是我们生活中不可或缺的产品。随之而来的是交通事故的增加和人民财产的损失。据不完全统计，交通事故中汽车相撞事故占有很大的比例。为了减少这种损失，设计一种能够提前预知前方行驶车辆的速度和距离的安全避撞装置是非常必要的。１毫米波霄达测距原理及速度和距离的中频信号实时频谱分析防撞系统主要是预测前方未知物的距离和行驶速度，对汽车的速度和距离综合分析后，超过安全尺度则给驾驶员提示和报警。如今普遍适用的智能测距主要有超声波测距、激光测距和毫米波雷达测距。汽车防震系统如今普遍使用的智能测距方式主要有超声波测距、激光测距和毫米波雷达测距。雷达测距是利用目标对电磁波的反射来测定障碍物的位置。毫米波是指波长在ｌｃｍ以下，频率在３０ＧＨｚ～３００ＧＨｚ的电磁波。对于车载雷达一般选用６０ＧＨｚ，１２０ＧＨｚ，１８０ＧＩ－Ｉｚ波段。其特点是波长短，穿透能力强，几乎不受气象条件的影响，而且探测性能稳定，实时性强。综上所述．本设计采用毫米波雷达测距。毫米波雷达测距原理：毫米波雷达测距方式主要有连续波雷达测距和脉冲雷达测距。脉冲雷达测距和脉冲激光测距的原理相同，主要是通过测量发射和接受之间的时间差睐计算距离￡（见图１）。Ｌ＝丢ｃｒ卜一！ＩＩ士≯ｉ！：图１脉冲雷达测距原理图脉冲雷达测距原理简单，但在具体技术实现上，脉冲测距存在一定难度。由于脉冲测距需在很短的时间内发射大功率的信号脉冲，通过脉冲信号控制雷达的压控振荡器（ＶｏｌｔａｇｅＣｏｎｔｒｏｎｅｄＯｓｅｉｌｌａｔｖｃｏ）从低频瞬时跳变到高频，因此它在硬件结构上比较复杂，造价高。此外，由于目标的回波与发射信号一７Ｄ万方数据般会有６０～１００ｄＢ的衰减，在对回波信号进行放大处理之前，应将其与发射信号进行严格的隔离，否则回波信号的放大器则会因为发射信号的窜入而饱和。为了避免发射信号窜入接收信号中，需进行技术处理，从而导致硬件结构的复杂性增加，产品造价高。故在车用领域，脉冲测距运用较少。连续波雷达测距是调频连续波（ＦＭＣ聊测距方式。该种雷达结构较简单，其基本原理是雷达天线发射连续的调频信号（一般为连续三角形波），当遇到前方障碍物时，会产生与发射信号有一定延时的回波，通过雷达天线接收回波信号，并将发射信号和接收信号进行混频处理，混频后的结果可用其差拍信号间相差来表示雷达与目标的距离，把对应的脉冲信号经微处理器处理计算可得到距离数值，再根据差频信号相差与相对速度关系，计算出目标对雷达的相对速度。假设发射的中心频率为矗。Ｂ为频带宽度，Ｔ为扫频周期，调制信号为三角波，ｃ为光速，Ｒ和ｖ分别为目标的相对距离和相对速度。在发射信号的上升段和下降段，中频输出信号可以表示为（见图２）：图２连续波雷达测距图仁ｉ箦冠一警ｌ＇卢ｆ等Ｒ＋孚Ｉ小监孵舻屿班从上式可以看出，目标的速度和距离都和中频信号相关。为了获得目标的信息必须对中频信号进行实时频谱分析，其方法主要是运用快速傅立叶变换（ｎ＇Ｉ＇）。对于单目标来说，快速傅立叶变换能够直接得到ｆ和‘，求得目标的速度和距离。２汽车防撞系统硬件设计和软件设计系统主要包括：收发天线。毫米波信号发生器，中频放大器，混频器，压控振荡器，蓝牙模块和处理器。系统整体设计框图见图３。当系统启动后，系统不断的向外发射毫米波，探测前方是否有障碍物。当有障碍物时，接收天线接收反射的回波，经过混（下转第１２页）掳枣＇璐发ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＡＮＤＭＡＲＫＥＴＶｄ．１７，Ｎｏ．１０，２０１０好的传递，确保了黏结面不会发生剥离。５碳纤维片加固补强的方法抗裂缝补强：沿裂缝的垂直方向粘贴。抗剪补强：粘贴时与地面保持Ｕ型环包，或者在梁的两个侧面竖直进行，这就相当于使抗剪箍筋加强了。抗弯补强：碳纤维片贴在受拉的一侧。剪力墙补强：在剪力墙单面或双面沿抗剪配筋方向粘贴碳纤维片。柱状中心受压构件补强：柱中心环包粘贴。６碳纤维片加固补强的施工要点施工中，碳纤维片不能被弯折或碰撞，以免出现碳纤维断丝，这是因为碳纤维丝很脆、很细，断丝很容易；碳纤维片纵向接头，搭接的地方要与构件应力的最大区段分开，而且要搭接一定的距离，多层粘贴进行时，在同一个部位不可以进行各层的搭接，而且层间也要错开一定的距离；粘贴碳纤维片要平整密实，不能出现翘边或空鼓；粘贴碳纤维片的混凝土结构表面要处理密实平整。露钢筋的要防锈、除锈，对混凝土裂缝要做一定的处理。要打磨平整粘贴表面，拐角处直径要打磨成具有一定长度的圆角，同时要保持表面的干燥、清洁；根据施工的气候条件和不同的温度情况进行环氧腻子、底层涂料、黏结用环氧树脂等的不同型号的选择；能够在不断有震动的交通中进行施工作业。振动对试件的负载情况不会在碳纤维片黏结在混凝土黏结剂固化过程中发生任何负面影响。７碳纤维片加固补强设计建议在实际工程中，加固构件属于二次受力。如果原结构有较小的受力，可以简单的考虑一个共同的工作系数，以方便设计，如果原结构有较大的受力，那么要先计算加固前构件截面上钢筋的应力、混凝土，然后按照平截面假定分析计算；碳纤维片加固补强混凝土构件是一种新技术，碳纤维片的强度取值要在厂家提供的设计值上乘以一定的折减系数；用厚度较小的碳纤维片加固钢筋混凝土梁时要求梁的高度提高小，因此要进行刚度的验算；为了确保碳纤维片充分发挥其强度，要尽可能避免发生黏结破坏。黏结用胶要选择有可靠性能的，对加固构件的混凝土强度也有一定的要求，端部要有一定的锚固措施，而且尽可能的让锚固长度大一些；碳纤维片加固构件时，要特别注重施工的质量，否则就会对加固的效果发生很大的影响，同时纤维片的端部要考虑锚固措施。８结语总之，随着我国经济社会的不断发展，交通量日益增加，过去修的钢筋混凝土桥梁很多都已经无法满足今天的需求，很多都已经出现了这样那样的病害，而对旧桥梁进行加固又是比较复杂的工程，同时也需要一种重要的材料在加固中运用，碳纤维由于其特有的特性和品质、成熟的应用环境，其价格在逐渐下降，而且碳纤维补强技术具有明显的符合实际条件的优越性，在桥梁加固中越来越受到人们的关注，相信今后的桥梁加固中，碳纤维将广泛被应用，为我国的桥梁建设提供良好的材料，为我国小康社会的建设打下良好的基础。参考文献：【１】杨红．病险水工程碳纤维补强加固技术【Ｍｑ．北京：水利水电出版社．２００８．１．【２】张劲泉，王文涛．桥梁检测与加固手册【Ｍ】．北京：人民交通出版社．２００７．２．［３】张树仁，王宗林．桥梁病害诊断与改造加固设计［Ｍ】．北京：人民交通出版社．２００６．４．【４】刘来君，赵小星．桥梁加固设计与施工技术【Ｍ】．北京：人民交通出版社．２００４．３．【５】刘雄亚．透光复合材料——碳纤维复合材料及其应用［Ｍ】．北京：化学工业出版社．２００６．９．（上接第１０页）频器、中频放大器和Ａ／Ｄ转换器输入处理器，从而得出目标的行驶速度和距离。通过对速度和距离的分析，判断是否安全，如果不安全则把速度和距离通过蓝牙模块传送到驾驶员的手机上，引起驾驶员注意，达到提前预警的目的。系统的软件设计：系统首先初始化，包括处理器和蓝牙模块以及外围器件ｔｎＡ／Ｄ转化器的初始化，系统处于正常工作状态时，提取Ａ／Ｄ转化后的数据，然后通过处理器的分析处理，得到前方物体的距离和速度信息，从而判断是否安全，其工作流图３汽车防撞系统整体设计框图程图见图４。应用程序编程语言采用Ｃ语言，有效地提高系统的实时性、准确性。３结论针对连续波雷达测距是调频连续波（ｒＭＣＶ０测距方式，分析目标的速度和距离都和中频信号相关，并运用快速傅立叶变换能够直接得现【和哌，求得目标的速度和距离。通过设计防撞系统的汽车防撞系统整体设计框图和１＝作流程图，并进行系统的软件设计和实现。该防撞系统能够快速准确地测量出行驶中汽车的速度和前方障碍物的距离，为驾驶人员提供准确的判断信息或者在驾驶人员还未发现障碍物时，提前预警以达到安全图４防撞系统工作流程圈避撞的目的。１２万方数据