連續收發的汽車超聲波雷達系統的制作方法

本發明屬于汽車電子信息領域，具體涉及一種連續收發的汽車超聲波雷達系統。

背景技術：

汽車上面安裝有很多的超聲波倒車雷達，其基本原理大都是采用多個超聲波探頭，但同時只能1個探頭工作，工作于脈沖方式，其工作流程是一個探頭發送超聲波信號，一般持續幾個到十幾個波形時間；以40khz為例，大約0.1ms到1ms，然后關掉發射電路，等待超聲波回波信號。通過計算發射信號和回波信號的時間差，計算障礙物與汽車的距離。

這樣的方法通常存在如下問題：

（1）超聲波探頭不能同時工作，只能輪巡工作，每個探頭需要工作大約幾十毫秒的時間t，多路探頭如果數量為n，其探測時間為n*t，一般估計約0.2秒時間。

（2）探測距離近，由于工作于脈沖方式，超聲波探頭從給出激勵信號，到超聲波輸出達到最大值，需要較長的時間，而為了兼顧探測最近距離，又不能給出很長時間的激勵，所以其探測距離受到很大影響。

（3）探測時間過長，超聲波接收探頭是在發射信號后，再接收超聲波信號，其探測時間為：2*d/v；d為障礙物距離，v為聲波速度。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服上述存在的缺陷，提供一種連續收發的汽車超聲波雷達系統，該系統探測速度快，精度高并且可多探頭連續工作。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種連續收發的汽車超聲波雷達系統，該系統包括微處理單元，一個或多個連續發射的超聲波發射探頭和一個或多個連續接收的超聲波接收探頭，所述微處理單元通過信號發生電路連接功率放大器的信號輸入端口，功率放大器的信號輸出端口連接超聲波發射探頭；所述超聲波接收探頭將接收到的反射信號發送至乘法器，所述乘法器同時接收信號發生電路發出的發射信號，乘法器輸出的相乘后信號經過信號處理電路進行濾波、放大和補償，信號處理電路的信號輸出端口通過ad端口連接所述微處理單元，信號經ad端口轉換成數字信號后送入微處理單元進行處理。

作為本發明進一步的方案，所述信號發生電路發送給超聲波發射探頭的驅動信號為采用三角波或者鋸齒波或者三角形階梯波或者鋸齒形階梯波或者正弦波按照線性連續調頻方式進行調制的信號。

作為本發明進一步的方案，所述乘法器為能夠完成信號頻率加減運算的電路。

作為本發明進一步的方案，所述超聲波接收探頭和乘法器之間設有信號放大器，超聲波接收探頭的輸出端口連接信號放大器輸入端口，信號放大器輸入端口將反射信號發送至乘法器。

作為本發明進一步的方案，所述微處理單元包括微處理器，該微處理器采用單片機或者dsp或者fpga。

作為本發明進一步的方案，所述微處理單元還包括所述的信號發生電路和具有模數轉換功能的ad端口；所述信號發生電路為輸出信號頻率可編程的定時器，其中定時器，ad端口可以集成在微處理單元內，也可以互相獨立設置。

作為本發明進一步的方案，信號處理電路包括低通濾波器、放大器和高通濾波器。

作為本發明進一步的方案，所述微處理單元進行處理的方法包括一個傅立葉信號變換，信號經過傅立葉變換后，可以得到最大反射信號和若干個次大反射信號，然后根據采樣頻率和采樣點數得出最大反射信號的頻率和若干個次大反射信號的頻率，其中每一個最大反射信號的頻率和每一個次大反射信號的頻率均為獨立的差頻信號頻率，最后根據多個通道接收信號的差頻信號頻率，計算出障礙物距離，并根據超聲波接收探頭的安裝位置，計算障礙物相對于車輛的角度；同時還可根據接收信號的頻譜信號的大小和距離，計算出障礙物的大小，以及根據對接收信號的計算判斷出障礙物的數量為一個或者多個。

本發明的有益效果是：本系統的多個超聲波探頭可以同時并連續工作，克服了現有雷達系統分時收發的缺陷，并且本系統探測距離更遠，探測速度更快。

本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。

附圖說明

圖1是本發明的原理框圖。

圖2是驅動信號為鋸齒波線性調頻連續波時，發射信號、回波信號和差頻信號的時間-頻率圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

如圖1所示，一種連續收發的汽車超聲波雷達系統，該系統包括微處理單元，一個或多個連續發射的超聲波發射探頭和一個或多個連續接收的超聲波接收探頭，所述微處理單元通過信號發生電路連接功率放大器的信號輸入端口，功率放大器的信號輸出端口連接超聲波發射探頭；所述超聲波接收探頭將接收到的反射信號發送至乘法器，所述乘法器同時接收信號發生電路發出的發射信號，乘法器輸出的相乘后信號經過信號處理電路進行濾除、放大和補償，信號處理電路的信號輸出端口通過ad端口連接所述微處理單元，信號經ad端口轉換成數字信號后送入微處理單元進行處理。

在本實施例中，所述超聲波接收探頭和乘法器之間設有信號放大器，超聲波接收探頭的輸出端口連接信號放大器輸入端口，信號放大器輸入端口將反射信號發送至乘法器。所述微處理單元包括微處理器，該微處理器采用單片機或者dsp或者fpga；微處理單元還可包括所述的信號發生電路和具有模數轉換功能的ad端口；所述信號發生電路為輸出信號頻率可編程的定時器，其中定時器，ad端口可以集成在微處理單元內，也可以互相獨立設置。所述定時器的輸出端口分別連接若干功率放大器的信號輸入端口，功率放大器的信號輸出端口連接超聲波發射探頭。

在本實施例中，信號處理電路包括低通濾波器、放大器和高通濾波器。低通濾波器、放大器和高通濾波器分別用于濾波、放大和補償，其三者相互級聯但級聯順序無需特別限定。

本系統的工作原理為：微處理單元的軟件模塊控制定時器，產生一個接近三角波調制或者鋸齒波調制的線性調頻信號，其波形為方波或者矩形波或者正弦波的調制信號，經過功率放大器放大后，驅動超聲波發射探頭，向外發射超聲波信號。

當障礙物反射了超聲波信號后，被反射的超聲波信號可能進入多個超聲波接收探頭。超聲波接收探頭接收的信號經過前置信號放大后，經過乘法器與超聲波驅動信號相乘。相乘后的信號經過低通濾波器，濾除二倍頻的超聲波驅動信號，超聲波驅動信號，經過放大器放大，再經過高通濾波器，補償遠端障礙物反射信號小，近端障礙物反射信號大。然后信號進入單片機的ad轉換，轉換成數字信號，進行處理，采樣速度為最大調制帶寬的2倍以上。

信號處理包括一個低通數字濾波器，高通數字濾波器和一個傅立葉信號變換。

在計算完信號的fft后，可以得到最大反射信號和若干個次大反射信號，根據采樣周期和采樣點數可以得出最大反射信號的頻率和若干個次大反射信號的頻率。

如圖2，以鋸齒波線性調頻連續波為例說明其測距原理如下：

超聲波發射探頭按照ft的信號發射超聲波信號，當信號遇到障礙物后，會反射一個超聲波信號，頻率為fr，經過放大器和乘法器，低通濾波后僅會得到一個差頻信號頻率。障礙物距離越近，差頻信號頻率越低，障礙物距離越遠，差頻信號越高。而障礙物距離越近反射信號越大，障礙物距離越遠，反射信號越小。根據以上的描述，設置一個合適的高通濾波器，可以使得反射信號的大小與障礙物的距離無關或者不至于成指數關系。

則障礙物距離為：

d=v*t*fd/2b

d為障礙物距離；

v為工作條件下空氣中的聲速，與溫度有關；

t為調制信號周期；

b為調制帶寬；

fd為差頻信號頻率，也就是最大發射信號和若干個次大反射信號的頻率。

其他調制方式與此類似，本實施例中不再作過多贅述。

這樣可以計算多個障礙物的距離。而且根據反射信號的大小，可以計算障礙物的大小。

由于采用了連續波調制方式，其發射信號遠遠比脈沖方式長，可以得到比脈沖方式多出一倍以上的探測距離，也可探測多個探測目標。

兩個或兩個以上的超聲波接收探頭，可以得到兩個不同的距離，從而可以得到障礙物相對于車輛的方位。

由于超聲波雷達發射探頭在工作時一直在發射信號，其回波信號只要從障礙物到超聲波接收探頭傳播時間就可以發現障礙物，而且每個探頭都是連續工作，不需要每個探頭切換，收發切換，可比脈沖式雷達提高3倍以上的探測速度。

以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特征和優點。本領域的普通技術人員應該了解，上述實施例不以任何形式限制本發明的保護范圍，凡采用等同替換等方式所獲得的技術方案，均落于本發明的保護范圍內。

本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。