1　引言
　　隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，高速公路已經(jīng)在交通運(yùn)輸中占有重要地位，其正常運(yùn)轉(zhuǎn)與否事關(guān)重大。據(jù)有關(guān)資料對(duì)公路交通事故的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)在司機(jī)—汽車(chē)—道路三個(gè)環(huán)節(jié)中，司機(jī)是可靠性最差的一個(gè)環(huán)節(jié)，80％以上的事故是由于司機(jī)反映不及時(shí)或判斷失誤引起的；特別在汽車(chē)高速行駛情況下，前方目標(biāo)的正確識(shí)別至關(guān)重要，而天氣或司機(jī)的疲勞駕駛等都將影響司機(jī)對(duì)前方目標(biāo)識(shí)別，而且隨著汽車(chē)保有量的不斷增加，如何提高道路的流量，如何解決天氣對(duì)高速公路的影響等等，已逐漸引起人們的注意。
　　為了減少甚至避免交通事故的發(fā)生，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開(kāi)始對(duì)毫米波雷達(dá)防撞系統(tǒng)進(jìn)行了研究，這是因?yàn)楹撩撞ǖ奶匦员ＷC了它能夠適應(yīng)惡劣的氣候條件，如在能見(jiàn)度比較低的雨霧等正需要防撞系統(tǒng)提供幫助的天氣條件下，激光和超聲波等方式不能正常工作，毫米波雷達(dá)則不會(huì)受到影響，而且毫米波雷達(dá)的天線(xiàn)也不會(huì)因?yàn)榛覊m等污染而產(chǎn)生誤差，比較適合在高速公路中運(yùn)用。另外目前為了解決天氣惡劣情況下的安全問(wèn)題，一般采用盡量降低車(chē)速甚至關(guān)閉高速公路方法，顯而易見(jiàn)，該方式嚴(yán)重影響了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。為此，解決交通安全，提高運(yùn)輸能力，積極開(kāi)發(fā)汽車(chē)防撞技術(shù)具有重要現(xiàn)實(shí)意義和廣闊市場(chǎng)前景，文中介紹了基于毫米波雷達(dá)的防撞實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的研制，該系統(tǒng)的成功研制為高速公路中的安全防撞技術(shù)研究奠定了基礎(chǔ)。
2　防撞雷達(dá)系統(tǒng)的基本原理
　　線(xiàn)性FMCW雷達(dá)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較適宜測(cè)量近距離目標(biāo)，故作為目前車(chē)用防撞雷達(dá)的普遍選擇方式。其基本原理可以描述為信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨時(shí)間線(xiàn)性變換，當(dāng)前方有單目標(biāo)回波時(shí)，發(fā)射信號(hào)和反射信號(hào)將進(jìn)行混頻，混頻后得到的信號(hào)中含有目標(biāo)的相對(duì)距離和相對(duì)速度的信息。
　　如圖2—1所示，圖2—1a為發(fā)射信號(hào)和點(diǎn)目標(biāo)的回波信號(hào)，當(dāng)和前方目標(biāo)間有相對(duì)速度時(shí)，信號(hào)的回波中含有頻移，圖2—1b為中頻輸出的混頻信號(hào)，通過(guò)對(duì)中頻信號(hào)的處理即可獲得目標(biāo)的相對(duì)速度和相對(duì)距離的信息。現(xiàn)記f0作為發(fā)射信號(hào)中心頻率，B為頻帶寬度，T為掃頻周期，調(diào)制信號(hào)為三角波，c為光速，R和V分別為目標(biāo)的相對(duì)距離和相對(duì)速度。在發(fā)射信號(hào)的上升段和下降段，中頻輸出信號(hào)可以表示為：

　　根據(jù)（2—1）和（2—2）兩式，可以獲得前方目標(biāo)的相對(duì)距離R和相對(duì)速度V為：

3　系統(tǒng)的硬件組成
　　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為中心構(gòu)成，通過(guò)高速多通道的數(shù)據(jù)采集卡對(duì)外部信息進(jìn)行采集，隨后通過(guò)計(jì)算機(jī)相應(yīng)的軟件處理，獲得目標(biāo)的信息，根據(jù)相應(yīng)的危險(xiǎn)性情況向司機(jī)發(fā)出聲音、圖像等信息報(bào)警。為解決拐彎和轉(zhuǎn)向等情況下的目標(biāo)方位信息，該例中應(yīng)用陀螺作為探測(cè)的輔助手段。系統(tǒng)利用汽車(chē)的蓄電池供電，計(jì)算機(jī)電源則利用逆變器產(chǎn)生220V交流電供電。圖3—1所示為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)圖。

3．1　信號(hào)發(fā)生器　　
　　實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是利用FMCW（FrequencyModulationContinuousWave）雷達(dá)作為探測(cè)手段，由于采用線(xiàn)性調(diào)頻方式達(dá)到測(cè)距的目的，所以雷達(dá)信號(hào)的線(xiàn)性度對(duì)測(cè)量距離的精度有較大影響。為了保證足夠的線(xiàn)性度，雷達(dá)的控制信號(hào)選擇在1．5～3V之間，這是因?yàn)樵谶@段區(qū)間內(nèi)該雷達(dá)的VCO（VoltageControlledOscillator）壓頻曲線(xiàn)線(xiàn)性度較好，在控制信號(hào)端不需要作很大的調(diào)整。考慮到波形方式的可變性，該例利用89C52做信號(hào)發(fā)生器，首先設(shè)計(jì)所需的雷達(dá)波形數(shù)據(jù)并存入單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中，后送D／A轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)調(diào)整電路產(chǎn)生所需的控制電壓波形。該系統(tǒng)選用的D／A為IT公司的TLV5619，該芯片具有12位分辨率，電壓輸出，最小轉(zhuǎn)換率為1MSPS。所產(chǎn)生的信號(hào)為400Hz的三角波。
3．2　微波部件
　　由于線(xiàn)性FMCW雷達(dá)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，比較適宜測(cè)量近距離目標(biāo)，作為目前車(chē)用防撞雷達(dá)的普遍選擇方式，其結(jié)構(gòu)如圖3—2所示。該例中雷達(dá)的VCO中心頻率為34．5GHz，頻帶寬度選擇為300MHz（距離分辨率==0.5m)。考慮到低副瓣透鏡天線(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)，即軸向尺寸短（相對(duì)于普通喇叭型），旁瓣電平低，工作于線(xiàn)性極化，例中選用了該方式的雷達(dá)天線(xiàn)。雷達(dá)的功率為20mW，該參數(shù)的選擇和探測(cè)距離的長(zhǎng)短有關(guān)，功率越大可以探測(cè)的距離越遠(yuǎn)，但同時(shí)外界的樓房、樹(shù)木等造成的干擾也就增大。