專利名稱：一種毫米波雷達防撞探測裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及工業(yè)和汽車行業(yè)中的防撞安全裝置，具體的說是一種毫米波雷達 防撞探測裝置。
背景技術(shù)：
工業(yè)現(xiàn)場和汽車行業(yè)常用防撞探測系統(tǒng)探測車體的周圍環(huán)境，在發(fā)生碰撞前發(fā)出 報警或制動信息，避免碰撞造成的各種損失。在傳統(tǒng)的防撞探測系統(tǒng)中，通常采用激光和超聲波雷達探測并獲取車輛周圍環(huán)境 信息，由于防撞探測系統(tǒng)的工作環(huán)境十分復雜，周圍地物的干擾、惡劣的氣象條件以及工業(yè) 現(xiàn)場大量的粉塵干擾，都會嚴重制約激光和超聲波方式的目標檢測能力。毫米波是指頻率在30GHz到300GHz之間的電磁波，由于它具有波長短、頻帶寬、方 向性好和穿透能力強等優(yōu)點，已在許多方面均有應用。毫米波雷達防撞探測方式克服了激 光和超聲波雷達探測方式中惡劣環(huán)境適應性差的缺點。目前利用毫米波作為工業(yè)和民用行 車安全防撞探測裝置已有應用，但是由于系統(tǒng)的穩(wěn)定性、測量精度、信號處理速度尚不能完 全適應各種惡劣及復雜環(huán)境下的應用，有待進一步改進。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的安全防撞探測裝置穩(wěn)定性、測量精度、信號處理速度尚不 能完全適應各種惡劣及復雜環(huán)境等不足之處，本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種速 度快，精度高、穩(wěn)定性好，適應性強的毫米波雷達防撞探測裝置。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型采用的技術(shù)方案是本實用新型毫米波雷達防撞探測裝置包括天線、毫米波收發(fā)組件、中頻預處理模 塊、波形發(fā)生模塊、系統(tǒng)控制模塊、溫度控制模塊，顯示報警模塊以及電源模塊，其中，波形 發(fā)生模塊產(chǎn)生波形調(diào)制電壓輸出至毫米波收發(fā)組件，毫米波收發(fā)組件產(chǎn)生毫米波頻段發(fā)射 波形通過天線輻射出去，同時通過天線接收目標反射回波，回波經(jīng)過毫米波收發(fā)組件后下 變頻輸出中頻差拍信號，中頻預處理模塊對中頻差拍信號進行自動增益控制，輸出信號經(jīng) 過系統(tǒng)控制模塊進行采樣與分析處理后輸出至顯示報警模塊；溫度控制模塊對裝置進行溫 度監(jiān)控，與系統(tǒng)控制模塊進行雙向通訊；系統(tǒng)控制模塊通過顯示報警模塊與外界進行通訊 和報警。所述中頻預處理模塊包括前置放大器、靈敏度頻率控制電路以及自動增益控制電 路，其中前置放大器接收來自毫米波收發(fā)組件的回波中頻差拍信號，輸出放大后的中頻信 號至靈敏度頻率控制電路，靈敏度頻率控制電路輸出頻率增益控制信號經(jīng)自動增益控制電 路輸出幅度增益控制信號至系統(tǒng)控制模塊。所述波形發(fā)生模塊由FPGA控制實現(xiàn)，包括時鐘源、分頻器、地址發(fā)生器、波形存儲 器、D/A轉(zhuǎn)換單元，其中分頻器將時鐘源的時鐘進行分頻得到的地址時鐘信號輸出給地址發(fā) 生器，地址發(fā)生器產(chǎn)生地址信號輸出至波形存儲器，波形存儲器輸出的波形數(shù)據(jù)信號經(jīng)D/A
3轉(zhuǎn)換單元進行數(shù)/模轉(zhuǎn)換后輸出系統(tǒng)所需不同波形的電壓調(diào)制信號至毫米波收發(fā)組件。所述系統(tǒng)控制模塊包括數(shù)字信號處理單元、PID溫度控制單元、通訊接口單元，系 統(tǒng)控制模塊通過數(shù)字信號處理單元與中頻預處理模塊進行通訊連接，通過PID溫度控制單 元與溫度控制模塊進行通訊連接，通過通訊接口單元與顯示報警模塊進行通訊連接。所述數(shù)字信號處理單元采用高速數(shù)字信號處理器DSP，由數(shù)據(jù)采集控制與探測算 法實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的處理及PID溫度算法控制。所述通訊接口單元由USB、RS232、CAN多種通訊接口組成。所述溫度控制模塊包括A/D采樣單元、溫度傳感器、加熱裝置及繼電器，其中溫度 傳感器信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換單元送至系統(tǒng)控制模塊的PID溫度控制單元，繼電器接收PID溫度 控制單元輸出的控制信，繼電器的接點設于加熱裝置的控制回路中。所述天線采用平面微帶天線，天線采用獨立收發(fā)控制方式。本實用新型具有以下有益效果及優(yōu)點1.本實用新型具有測距、測速以及多目標識別功能，探測距離為1米到150米，探 測距離精度0. 15米，測量速度精度1米/秒；能夠適應各種地物雜波、惡劣的氣象條件以及 工業(yè)現(xiàn)場大量的粉塵干擾，可廣泛應用于各種復雜的工業(yè)現(xiàn)場和汽車駕駛安全領域。2.本實用新型采用模塊化設計，天線采用平面微帶天線，獨立的收發(fā)天線，體積 小，成本低，通訊模塊實現(xiàn)USB、RS232、CAN總線接口，滿足多種工業(yè)現(xiàn)場與汽車行車應用領 域。3.本實用新型中的數(shù)字信號處理模塊，采用DSP核心處理器對中頻回波數(shù)據(jù)進 行分析處理，進而對目標進行檢測與分類；采用高速DSP處理器使復雜信號處理算法在 50ms以內(nèi)完成，能夠滿足車輛目標高速運動場合。4.本實用新型中的波形發(fā)生模塊和中頻采集預處理模塊，采用FPGA核心處理器， 利用高速FPGA芯片驅(qū)動高精度DA芯片，產(chǎn)生毫米波前端VCO組件所需的各種調(diào)壓與調(diào)頻 信號；利用高速FPGA芯片接口高精度AD芯片，實時采集毫米波雷達中頻差拍信號，同時完 成信號濾波等預處理功能。5.本實用新型為使毫米波雷達探測裝置具有更遠的探測范圍，增大系統(tǒng)探測的 動態(tài)范圍，中頻預處理模塊采用靈敏度頻率控制SFC電路，將放大器的增益作為頻率的函 數(shù)來實現(xiàn)控制，最后通過AGC自動增益控制電路將中頻信號輸出幅度控制在2V以內(nèi)，使系 統(tǒng)動態(tài)范圍達到80分貝。6.本實用新型中的溫度控制模塊采用高精度溫度傳感器，利用PID溫度控制算 法使毫米波收發(fā)前端及VCO組件始終處于恒溫狀態(tài)，保證了雷達探測結(jié)果的精度和穩(wěn)定 性。

圖1為本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型中毫米波收發(fā)組件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實用新型中系統(tǒng)控制模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本實用新型中的中頻預處理模塊原理示意圖；圖5為本實用新型中波形產(chǎn)生模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意4[0027]圖6為本實用新型中溫度控制模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型的使用方法作進一步詳細說明。如圖1所示，為本實用新型整體結(jié)構(gòu)示意圖。本實用新型包括天線1，毫米波收發(fā) 組件2，中頻預處理模塊3，波形發(fā)生模塊4，系統(tǒng)控制模塊5，溫度控制模塊6，顯示報警模塊 7以及電源模塊8。其中，天線1由接收微帶天線和發(fā)射微帶天線組成，波形發(fā)生模塊4產(chǎn) 生波形調(diào)制電壓輸出至毫米波收發(fā)組件2，毫米波收發(fā)組件2產(chǎn)生毫米波頻段發(fā)射波形通 過天線1輻射出去，同時通過天線1接收目標反射回波，回波經(jīng)過毫米波收發(fā)組件2下變頻 輸出中頻差拍信號，中頻預處理模塊3對中頻差拍信號進行自動增益控制，輸出信號經(jīng)過 系統(tǒng)控制模塊5進行中頻數(shù)據(jù)采樣分析與處理，溫度控制模塊6對裝置進行溫度監(jiān)控，系統(tǒng) 控制模塊5通過顯示報警模塊7與外界進行通訊和報警。如圖2所示，為本實用新型收發(fā)組件結(jié)構(gòu)示意圖，其中波形發(fā)生模塊4產(chǎn)生電壓和 周期可調(diào)的三角波或鋸齒波信號輸入至毫米波收發(fā)組件2中壓控振蕩器21輸入端，壓控振 蕩器VCO產(chǎn)生的頻率一部分經(jīng)過內(nèi)部功率放大器23輸出至天線1的發(fā)射端向外輻射出去， 另一部分經(jīng)過定向耦合器22耦合到混頻器25作為本振信號，天線1的接收端接收目標回 波信號經(jīng)內(nèi)部低噪聲放大器M放大后與本振進行混頻，混頻后輸出中頻差拍信號。如圖3所示，為本實用新型系統(tǒng)控制模塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，其中系統(tǒng)控制模塊5主 要包括，數(shù)字信號處理單元51，PID溫度控制單元52，通訊接口單元53，其中，中頻預處理 模塊3輸出中頻差拍信號至數(shù)字信號處理單元51進行信號分析與處理，數(shù)字信號處理單元 51處理結(jié)果通過通訊接口單元53輸出至顯示報警模塊7，PID溫度控制單元52對溫度控 制模塊數(shù)據(jù)采集與控制。如圖4所示，為本實用新型中頻預處理模塊原理示意圖，中頻預處理模塊3主要包 括三個部分，前置放大器電路31，靈敏度自動控制SFC電路32，自動增益控制電路33，其中， 中頻差拍信號首先輸入至前置放大器電路31進行30dB的增益放大，為增大系統(tǒng)動態(tài)范圍， 使放大后的信號經(jīng)過靈敏度自動控制SFC電路32對遠端高頻回波信號進行放大，放大后的 信號經(jīng)過自動增益控制AGC電路33，將輸出信號控制在AD采樣幅度范圍士 2V以內(nèi)，便于數(shù) 據(jù)處理模塊進行數(shù)據(jù)的采樣分析。如圖5所示，為本實用新型中波形發(fā)生單元結(jié)構(gòu)示意圖，信號控制處理模塊4有 FPGA邏輯控制單元組成，主要包括時鐘源41，分頻器42，地址發(fā)生器43，波形存儲器44以 及D/A轉(zhuǎn)換單元45。其中分頻器42將時鐘源41的時鐘進行分頻得到地址時鐘信號，輸出 給地址發(fā)生器43，產(chǎn)生地址信號，地址發(fā)生器43再將地址信號輸出至波形存儲器44，波形 存儲器44的輸出的波形數(shù)據(jù)信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換單元45進行數(shù)/模轉(zhuǎn)換后輸出系統(tǒng)所需不同 波形的電壓調(diào)制信號如圖6所示，為本實用新型中溫度控制模塊示意圖，為了提高系統(tǒng)探測的精度，需 要保證毫米波組件處于恒溫狀態(tài)，恒溫控制是通過溫度控制模塊6來實現(xiàn)的，裝置外壁上 安裝了精密的溫度傳感器61，溫度信息以電壓形式傳送給第二 A/D轉(zhuǎn)換單元62，數(shù)字信號 處理模塊5得到當前的溫度信息，通過PID溫度控制單元52驅(qū)動繼電器63控制加熱裝置 64對裝置進行加熱，從而實現(xiàn)了閉環(huán)控制裝置溫度。所述溫度控制模塊6通過數(shù)字信號處理模塊5內(nèi)部的DSP 5509A以定時中斷方式對裝置外壁溫度進行采樣，判斷并采用PID算 法對裝置進行恒溫加熱。 所述FPGA采用Altera Cyclone II芯片，芯片內(nèi)部處理器采用高速并行結(jié)構(gòu)，可 以保證各單元同步快速實現(xiàn)所述功能，所述數(shù)字信號處理模塊5采用TI公司的高速數(shù)字信 號處理器TMS320C5509A，該芯片具有200MHz的主頻，滿足信號的實時處理功能。Cyclone II芯片內(nèi)嵌的RAM可以做雙端口 RAM操作，很容易配置為乒乓的DMA操作流程，從而實現(xiàn)與 DSP 5509A總線的高速數(shù)據(jù)交換，保證了 DSP + FPGA方案的實施。
權(quán)利要求1.一種毫米波雷達防撞探測裝置，其特征在于包括天線(1)、毫米波收發(fā)組件(2)、中 頻預處理模塊(3)、波形發(fā)生模塊(4)、系統(tǒng)控制模塊(5)、溫度控制模塊(6)，顯示報警模塊 (7)以及電源模塊(8)，其中，波形發(fā)生模塊(4)產(chǎn)生波形調(diào)制電壓輸出至毫米波收發(fā)組件 (2)，毫米波收發(fā)組件(2)產(chǎn)生毫米波頻段發(fā)射波形通過天線(1)輻射出去，同時通過天線 (1)接收目標反射回波，回波經(jīng)過毫米波收發(fā)組件(2)后下變頻輸出中頻差拍信號，中頻預 處理模塊(3)對中頻差拍信號進行自動增益控制，輸出信號經(jīng)過系統(tǒng)控制模塊(5)進行采 樣與分析處理后輸出至顯示報警模塊(7)；溫度控制模塊(6)對裝置進行溫度監(jiān)控，與系統(tǒng) 控制模塊(5 )進行雙向通訊；系統(tǒng)控制模塊(5 )通過顯示報警模塊(7 )與外界進行通訊和報Sfc目。
2.按權(quán)利要求1所述的一種毫米波雷達防撞探測裝置，其特征在于所述中頻預處理模塊(3)包括前置放大器(31)、靈敏度頻率控制電路(32)以及自動 增益控制電路(33)，其中前置放大器(31)接收來自毫米波收發(fā)組件(2)的回波中頻差拍信 號，輸出放大后的中頻信號至靈敏度頻率控制電路(32)，靈敏度頻率控制電路(32)輸出頻 率增益控制信號經(jīng)自動增益控制電路(33)輸出幅度增益控制信號至系統(tǒng)控制模塊(5)。
3.按權(quán)利要求1所述的一種毫米波雷達防撞探測裝置，其特征在于所述波形發(fā)生模塊(4)由FPGA控制實現(xiàn)，包括時鐘源(41)、分頻器(42)、地址發(fā)生器 (43)、波形存儲器(44)、D/A轉(zhuǎn)換單元(45)，其中分頻器(42)將時鐘源(41)的時鐘進行分 頻得到的地址時鐘信號輸出給地址發(fā)生器(43)，地址發(fā)生器(43)產(chǎn)生地址信號輸出至波 形存儲器(44)，波形存儲器(44)輸出的波形數(shù)據(jù)信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換單元(45)進行數(shù)/模轉(zhuǎn) 換后輸出系統(tǒng)所需不同波形的電壓調(diào)制信號至毫米波收發(fā)組件(2)。
4.按權(quán)利要求1所述的一種毫米波雷達防撞探測裝置，其特征在于所述系統(tǒng)控制模 塊(5)包括數(shù)字信號處理單元(51)、PID溫度控制單元(52)、通訊接口單元(53)，系統(tǒng)控制 模塊(5)通過數(shù)字信號處理單元(51)與中頻預處理模塊(3)進行通訊連接，通過PID溫度 控制單元(52 )與溫度控制模塊(6 )進行通訊連接，通過通訊接口單元(53 )與顯示報警模塊 (7)進行通訊連接。
5.按權(quán)利要求4所述的一種毫米波雷達防撞探測裝置，其特征在于所述數(shù)字信號處理單元(51)采用高速數(shù)字信號處理器DSP，由數(shù)據(jù)采集控制與探測算 法實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號的處理及PID溫度算法控制。
6.按權(quán)利要求4所述的一種毫米波雷達防撞探測裝置，其特征在于所述通訊接口單元(53)由USB、RS232、CAN多種通訊接口組成。
7.按權(quán)利要求1所述的一種毫米波雷達防撞探測裝置，其特征在于所述溫度控制模塊(6)包括A/D采樣單元(62)、溫度傳感器(61)、加熱裝置(64)及繼 電器(63)，其中溫度傳感器(61)信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換單元(62)送至系統(tǒng)控制模塊(5)的PID溫 度控制單元(52)，繼電器(63)接收PID溫度控制單元(52)輸出的控制信，繼電器(63)的接 點設于加熱裝置(64)的控制回路中。
8.按權(quán)利要求1所述的一種毫米波雷達防撞探測裝置，其特征在于所述天線(1)采用 平面微帶天線，天線采用獨立收發(fā)控制方式。
專利摘要本實用新型涉及一種毫米波雷達防撞探測裝置，波形發(fā)生模塊產(chǎn)生波形調(diào)制電壓輸出至毫米波收發(fā)組件，毫米波收發(fā)組件產(chǎn)生毫米波頻段發(fā)射波形通過天線輻射出去，同時通過天線接收目標反射回波，回波經(jīng)過毫米波收發(fā)組件后下變頻輸出中頻差拍信號，中頻預處理模塊對中頻差拍信號進行自動增益控制，輸出信號經(jīng)過系統(tǒng)控制模塊進行采樣與分析處理后輸出至顯示報警模塊；溫度控制模塊對裝置進行溫度監(jiān)控，與系統(tǒng)控制模塊進行雙向通訊；系統(tǒng)控制模塊通過顯示報警模塊與外界進行通訊和報警。本實用新型具有測距、測速以及多目標識別功能，能夠適應各種地物雜波、惡劣的氣象條件以及工業(yè)現(xiàn)場大量的粉塵干擾，可廣泛應用于各種復雜的工業(yè)現(xiàn)場和汽車駕駛安全領域。
文檔編號G01S7/02GK201886149SQ20102064147
公開日2011年6月29日 申請日期2010年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月5日
發(fā)明者李寧, 杜勁松, 畢欣, 湯俊 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所