透視車用測距雷達的研究與進展

趙洪憲

統計表明，70%～90%的交通事故是由于駕駛員操作失誤造成的。在美國、日本等國家，消費者選購汽車的著眼點已把駕駛汽車的安全程度放在第一位。如果拋開駕駛的熟練程度和駕駛經驗外，最有效的降低事故的方法就是讓車具有碰撞報警或主動避撞功能。隨著人們對交通安全的不斷重視，推動了汽車前向碰撞報警系統（forward collision warning systems，FCWS）、前向主動避撞系統（forward collision avoidance systems，FCAS）、自適應巡航控制系統（adaptive cruise control，ACC）等先進車輛主動安全技術的飛速發展。上述系統的共同點是通過車用測距雷達測量主車與目標車之間的距離、相對速度以及相對方位角等信息，并將其傳送給系統的控制單元。車用測距雷達俗稱車用雷達，是實現汽車主動安全技術的關鍵技術之一，是當前智能交通、信號處理以及傳感器工業的研究熱點。

車用雷達分類及概況

按測量介質不同，可將車用雷達分為超聲波雷達、紅外雷達、激光雷達以及微波雷達。超聲波雷達、紅外雷達因其探測距離相對較短，目前，主要應用于汽車倒車控制系統。

激光雷達和微波雷達因其具有測量距離遠、精度高等優點，被廣泛應用于車輛主動安全控制系統。

激光雷達的優點是結構相對簡單，具有高單色性、高方向性、相干性好、測量精度較高、探測距離遠、能識別道路狀況、價格便宜等特點。缺點是測量性能易受環境因素干擾，在雨、雪、霧等天氣情況下，測量性能會有所下降，受測量原理限制只能傳遞相對距離信息。按測量原理不同可分為脈沖式激光測距雷達和相位式激光測距雷達2種。

微波雷達探測距離遠、運行可靠、測量性能受天氣等外界因素的影響較小，可以獲得主車與目標車輛間距離、相對速度，有些雷達還可獲得相對方位角和以及相對加速度等信息，但價格比較昂貴。按測量原理不同，可分為脈沖調頻（pulse frequency modulation，PFM）和調頻連續波（frequency modulation continuous wave，FMCW）。

當前，微波雷達的使用頻率主要集中在23～24，60～61，76～77GHz3個頻段，波長均為毫米級，也稱微波雷達為毫米波雷達。在這些特殊頻段上，微波的輻射能量在大氣中具有很大的衰減特性。24GHz雷達信號在大氣中傳播的衰減系數大約為0.2dB/km，60GHz約為15dB/km，77GHz約為0.4dB/km。整體上是隨頻率的升高而上升，但在上述3個頻段內由于大氣中水蒸汽、氧分子的吸收和散射作用產生出衰減尖峰，使得雷達信號的傳播被限制在一個較短的范圍之內，從而可以盡量降低對其它車輛雷達或無線電設備的影響，并減少對周圍人體的輻射。

車用雷達的研究進展與應用

雷達技術首先應用于軍用，隨著全世界對道路交通安全、汽車安全技術的不斷重視，雷達技術開始轉為民用，主要用于交通的管制、雷達測速以及汽車主動安全技術方面。

國外對車用雷達的研究開始比較早，在以德國、美國、日本、法國等為代表的主要西方發達國家內展開。隨著汽車電子技術、嵌入式技術以及信號處理技術的發展，推動了車用雷達的研制與應用，世界各國掀起了研發車用雷達的熱潮。

車用毫米波雷達的研究始于20世紀60年代。典型代表是德國ADC公司生產的ASR100毫米波雷達采用脈沖測距方式。戴姆勒奔馳、日產、福特等汽車公司廣泛開發的汽車主動避撞系統以及自適應巡航系統多采用該款雷達。

車用測距雷達研究最新進展

日本豐田公司與Denso公司、三菱公司合作開發的電子掃描式毫米波（electronically scanning MMW）雷達，采用調頻連續波測距方式，結構緊湊、抗干擾性能好。它是世界上第一款采用先進的相控陣技術的車用雷達。與機械掃描雷達相比，相控陣雷達的天線無需轉動，波束掃描更加靈活，對目標識別的性能優異。