一种基于后窗天线的增强型车辆后方目标检测系统和方法与流程

1.本发明属于车辆智能控制技术领域，具体涉及一种基于后窗天线的增强型车辆后方目标检测系统和方法。


背景技术：

2.目前的后挡风玻璃，仅能支持接收无线电波，但无法支持后方来车的探测，其中重要的问题点在于：1、夹丝后挡风玻璃无发送电磁波功能；2、即使可以发送，后挡风玻璃一般为倾斜设计，无法垂直向后探测障碍物或车辆，导致朝天发射；3、需要将障碍物形成目标输出，探测形式必须采用多发多收模式，如常规毫米波雷达为2发4收，即分别形成8组数据精确判断物体的距离和位置，夹丝后挡风目前为1收统一的大接收天线式设计。综上目前的夹丝后挡风玻璃无法完成后方测距的目的。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种基于后窗天线的增强型车辆后方目标检测系统和方法，在不新增零部件的前提下，解决了中国市场上自适应巡航系统只能参考前方目标，使用毫米波雷达功能单一得不偿失的问题。
4.为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于后窗天线的增强型车辆后方目标检测系统，其特征在于，包括后挡风玻璃、毫米波雷达、信号放大器、中央控制器、本振动毫米波震荡发生器、混频滤波器和移相器；其中，
5.后挡风玻璃，用于电加热以及收发电磁波和无线电波；
6.毫米波雷达，用于识别目标物并计算得到目标物的基本参数，形成目标信号；所述基本参数至少包括目标物类型、横向距离、纵向距离和加速度；
7.本振动毫米波震荡发生器，用于生成基准毫米波脉冲信号；
8.移相器，用于控制不同天线单元的相位，对基准毫米波脉冲信号和目标信号进行移相处理，将毫米波雷达发出的电磁波聚集到一个较窄的波束上，并垂直向后发射；
9.信号放大器，用于对目标信号进行放大；
10.混频滤波器，用于生成特定频率的滤波，滤除目标信号的杂点；
11.中央控制器，用于接收目标信号并发送至can总线。
12.移相器根据底端波源的波的运动方程、后风挡玻璃的实际夹角和天线距离计算其余各波源对应的移相角，调整其余各波源相位，使毫米波雷达发出的电磁波聚集到一个较窄的波束上，并垂直向后发射。
13.毫米波雷达发出的电磁波聚集形成的波束可自由移动。
14.还提供一种基于后窗天线的增强型车辆后方目标检测方法，包括以下步骤：
15.通过毫米波雷达识别目标物并计算得到目标物的基本参数，形成目标信号；所述基本参数至少包括目标物类型、横向距离、纵向距离和加速度；
16.通过本振动毫米波震荡发生器生成基准毫米波脉冲信号；
17.通过移相器控制不同天线单元的相位，对基准毫米波脉冲信号和目标信号进行移相处理，将毫米波雷达发出的电磁波聚集到一个较窄的波束上，并垂直向后发射；
18.对目标信号进行放大；
19.通过混频滤波器生成特定频率的滤波，滤除目标信号的杂点；
20.将接收目标信号并发送至can总线。
21.移相器根据底端波源的波的运动方程、后风挡玻璃的实际夹角和天线距离计算其余各波源对应的移相角，调整其余各波源相位，使毫米波雷达发出的电磁波聚集到一个较窄的波束上，并垂直向后发射。
22.毫米波雷达发出的电磁波聚集形成的波束可自由移动。
23.毫米波雷达发出的电磁波聚集形成的波束宽度可调整。
24.通过改变移相角大小，改变波束指向，形成波束扫描，实现对目标物的追踪。
25.还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述方法的步骤。
26.还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述方法的步骤。
27.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
28.安全效益：可在0成本或低成本下，为智能驾驶功能提供后方目标信息，可扩展acc(自适应巡航)系统的应用场景，功能安全大幅提升；
29.经济效益：本发明在不提升硬件成本的情况下，通过前毫米波雷达的参与功能计算，提高了产品竞争力。
30.潜在客户效益：将智能驾驶系统，适应城市拥挤的工况使得客户更加容易接受。
31.企业效益：本发明为基础，为将来的更多利用后向目标的功能设计提供支撑；也可扩展至前常规毫米波雷达，并于造型设计。
附图说明
32.图1为本发明实施例中天线的结构示意图；
33.图2为本发明实施例中天线的波形图；
34.图3为本发明实施例中电热丝的波形图；
35.图4为本发明实施例中波源相位调整的原理示意图；
36.图5为本发明实施例中检测方向调整的原理示意图。
具体实施方式
37.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
38.本发明要解决的两个核心问题：
39.1.把毫米波雷达发出的电磁波聚集到一个窄的波束上，并垂直向后发射。
40.2.为了使雷达能探测空间各个方向上的目标，就必须使波束能自由地移动，实现扫描或跟踪目标。
41.参考图1-图5，为实现此目的，本发明所设计的一种基于后窗天线的增强型车辆后方目标方法，其特征在于：它包括后挡风玻璃(含夹丝)、中央控制器(基于后窗天线的增强型车辆后方目标方法)、毫米波雷达、本振动毫米波震荡发生器、信号放大器，混频滤波器、移相器；共同组成
42.所述后挡风玻璃(含夹丝)用于正常的后风挡后视，电加热，发射电磁波；接收电磁波与无线电波；
43.所述中央控制器(基于后窗天线的增强型车辆后方目标方法)用于控制以下各元件协调工作，并将收集到的后方目标信息传递至can总线；
44.所述毫米波雷达来识别目标物类型，及推出目标物重要的基本参数(类型，横向距离，纵向距离，加速度等)，本发明中利用其自带芯片对后方毫米波信号进行处理，形成目标信号；
45.所述本振动毫米波震荡发生器用于产生基准毫米波脉冲信号；
46.所述移相器将基准毫米波脉冲信号，按设定要求进行移相处理。
47.所述信号放大器，用于放大接收到的毫米波或无线电波信号；
48.所述混频滤波器，进行特定频率的滤波。
49.核心步骤1：把毫米波雷达发出的电磁波聚集到一个窄的波束上，并垂直向后发射。
50.当有很多点波源并且个波源产生波的频率一致时相当于各个点波源为子波的波源，点波源以平面排列，则可产生平面波。
51.很多密集的点波源相当于子波的波源。以个波源为圆心取相同的半径画半圆，得到各波的波前。合成波的波前即为各子波波前的包络线，如果在单位面积里点波源的数量越多，合成波的波前就越接近平面，即产生平行于平面。显然这会导致电磁波向天上发射。
52.如图4所示，考虑三个相邻的点波源a1，a2，a3。。。。
53.为了改变波束的传播方向，使波线与挡风玻璃夹角为θ，则t时刻a3，a2，a1的波前分别如图4所示。合成波的波前即指向θ方向运动。
54.设波源a1产生的波的运动方程为：
[0055][0056]
波源a2产生的波要在同一时刻到达包络线，要求a2的相位比a1大：
[0057]
a2的相位应为：ω[t-(x+dcosθ)/c+ψ0]
[0058]
其中d为两相邻波源的距离，由此可得相邻两波源的相位差应为：(ωdcosθ)/c＝(2πdcosθ)/λ
[0059]
设第一个天线第一根点的波源初相位为0，则阵面上第(m，n)号波源的相位应为：ω(t-x/c)+d
·
(mcosθ+ncosψ)/c
[0060]
由移相器来控制不同天线单元的相位。具体可以开发阶段根据车辆后挡风玻璃实际夹角θ，和天线距离d，来标定设置移相器的移相角。
[0061]
核心步骤2：为了使雷达能探测空间各个方向上的目标，就必须使波束能自由地移
动，实现扫描或跟踪目标。使得本发明基本探测能力和现有毫米波雷达相似。
[0062]
简易的扫描跟踪功能：
[0063]
1、求得各阵元在q方向远区某点辐射场的场强矢量和为
[0064]
e(θ)＝e0+e1+
…
+ei+
…
+e
n-1
[0065]
2、得到等幅馈电时，各阵元在该点辐射场的振辐为e。以0号阵元为相位基准，则
[0066][0067]
移相器的相移量为
[0068]
3、
[0069][0070]
式中2πdsinθ/λ为波程差引起的相邻阵元辐射场相位差.
[0071]
天线照射方向θ0由移相器的相移量决定，在θ0方向，各阵元辐射场由波程差引起的相位差正好抵消移相器引入的相位差，各分量同相相加获最大值，f(θ0)＝1改变值，就可改变波束指向角θ0，从而形成波束扫描。进而通过中央控制器，调节实现目标跟踪效果。
[0072]
简易的探测角度变化和聚焦功能：一般毫米波雷达具备探测角度变化和聚焦功能，如某知名供应商毫米波雷达，低车速时其夹角变为52
°
保证其探测范围，车速高时角度变为36
°
，保证性能。其核心指标就是其波束半功率宽度的控制，就是其能保证形成的探测范围。
[0073]
波束宽度控制
[0074]
波束指向法线方向，即θ0＝0，方向性函数
[0075][0076]
得波束半功率宽度
[0077][0078]
当d＝l/2时，若要θ
0.5
＝1
°
，则需阵元n＝100
[0079][0080]
当波束指向θ0任意时，在主瓣内θ≈θ0，得
[0081][0082]
因sinc()函数对参量sinθ0的主瓣宽度处处一致，即dsinθ0＝常数≈θ
0.5
，由微分dsinθ0＝dθ0·
cosθ0，得任意θ0时的波束半功率宽度
[0083][0084]
θ0越大，波束越宽，例θ0＝60
°
，θ
0.5s
≈2θ
0.5
[0085]
完整包括以下步骤：
[0086]
*在车辆使用天线接收无线电波时，无线电波通过，经过天线组合1，经过滤波器和放大器后，可被收音机调制解调模块解析。
[0087]
*在驾驶员使用电加热(后挡风玻璃除雾档位时)，有关天线组块通以12v电流，进行电加热。
[0088]
1)通过驾驶员开启特定需要后向目标的，开启本新增算法功能。
[0089]
2)通过前文描述核心步骤1对一组天线发射的毫米波进行移相，形成并垂直向后发射的电磁波束。
[0090]
3)根据天线排列设计，这样的波束共2组(本发明，以振动毫米波震荡发生器微小的频率差区分)也可为多组。
[0091]
4)4组接收天线接收的毫米波信号，进过硬线连接至前毫米波雷达。
[0092]
5)前毫米波雷达芯片内置程序，新开发和设计，后方n个(本发明为6个)目标信号id组，前毫米波雷达芯片融合4组接收天线接收的毫米波信号，计算出某时刻目标的多组距离参数，根据多时刻的参数组，给出某目标的类型、车速、加速度、ttc等信息。(本步骤为毫米波雷达成熟技术，本发明借用毫米波雷达芯片成熟算力和目标聚合，目标信息信号语义输出能力)
[0093]
6)有关功能按实际需要调用后方目标的目标信息信号语义信息。
[0094]
6-1)在本车车速改变；或后方主要目标改变，特别是后方某目标切入切出本车道时，导致后方主要目标选定由近(远)突变到远(近)时，有关功能使用核心步骤2中的带宽控制调节。
[0095]
6-2)后方主要目标在本车道内进行较大幅度动作，但未离开本车道或主要目标未切换或脱选时，有关功能调用核心步骤2中的扫描跟踪。
[0096]
具体实施例：
[0097]
本发明在一种基于后窗天线的增强型车辆后方目标方法，基于原车后夹丝挡风玻璃，可以对汽车acc功能的性能提升及功能升级，后方有车工况下由于充分利用后夹丝挡风玻璃、前毫米波雷达芯片硬件，使得acc效果更加优化。在正常行驶中，遇到前后方有车，且后车迫近时；acc功能根据新算法重新计算跟车的安全距离，根据模型中前后车的情况，逐步调整距离，最多在前车距离迫近至较小时超差车辆的控制极限，无法继续迫近，并保证无碰撞风险。
[0098]
本发明的创新点如下：1、同时新设计的夹丝后挡风玻璃，同时具备电加热；无线电接收天线；毫米波发射天线；毫米波接收天线等多和一的主要功能。2、夹丝后挡风玻璃夹丝的排行和设计组合；3、配合实现创新点1、2的滤波、放大、振动发生器件的组合应用。4、核心创新点：将毫米波波面角度改变调整至垂直向后的方法，本点也可以用于普通毫米波雷达，解放需要垂直布置的束缚可以进行更多造型设计。5、基于夹丝后挡风玻璃构型的毫米波带宽调整和跟踪方案。
[0099]
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。