基本信息
- 项目名称：
- 基于软件雷达的前向防撞系统实现
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 每年恶性交通事故导致伤亡的人数不计其数，汽车结构的增强、安全气囊的安装等，都无法真正解决问题，只有主动提前预警危险，并采取制动措施，才能从根本上解决安全问题。因此需要迫切研制一种主动式装置对即将到来的碰撞提前预警并采取制动措施来减小交通事故发生的可能性。根据高速路的特定危险情况展开研究，设计一种反应快，系统性能稳定，适合多种环境的汽车前向主动式防撞雷达，当汽车前方出现危险物体时，系统将报警。
- 详细介绍：
- 该系统针对现行汽车的不足，绕开增强汽车坚固、安全气囊等被动式安全措施，采取更为主动的检测式危险检测技术，提前对驾驶员进行预警，同时在必要时采取强制刹车措施，把增强结构改为主动避让的安全理念，最终设计两者结合的方案。 该系统采用成熟的军用雷达技术方案，移植民用，结合市场做出调研再进行工程设计，控制成本，同时尽力发挥硬件性能，目前已经完成样机的设计和调试，具备的功能为：4个动目标的检测，速度和距离的测试，同时对于相对速度过大的危险物体产生报警，同时该系统为汽车辅助和自动驾驶提供可参考的实验平台。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本系统应用于高速公路前方危险预警系统，安装于汽车前端，利用线性调频连续波（LFM）雷达体制，通过测距和测速雷达算法，判断目标，检测危险，通过通信系统将结果发送到上位机（PC），通过上位机的人际交互界面，以图形界面的形式动态显示雷达运行情况和目标出现情况，当前方出现危险目标的时候，信号处理平台把计算最终结果发送到上位机，上位机在人机界面上面动态显示：目标数目，目标距离，目标速度等信息。该系统应用毫米波雷达技术作为系统前端，相对于激光和声波雷达具有穿透力强、稳定性高、识别率高等优点。 很多同类研究并没有将本系统实际工程化，只是停留在理论研究或者是实验室的初级实验品，本系统的创新点是将成熟的LFM雷达系统移植于高速公路防撞系统，将雷达系统与汽车电子结合，能够为汽车驾驶辅助系统提供信号处理平台，并将其工程化，小型化，民用化。同时，本系统不但进行工程化的创新，在理论方面提出时空复杂度平均算法，充分利用和合理分配DSP和FPGA资源，以达到软件和硬件系统集成化，协同化的目的，使得算法与硬件系统能够高效率地工作，同时也降低了成本，为雷达系统的民用化进程起到了一定的推动作用。 本系统探测距离：150m，测试距离精度：<0.6m，误差<3%，天线波束辐射角度：3°，微波中心频率：24GHz，功耗<5W，动态检测目标：4个，动态跟踪目标：4个，系统反映时间：<26ms。
科学性、先进性
- 汽车防撞雷达的概念之前有人提出过，也见过类似专利，多数是针对模拟处理机的机制下进行的，有些采用单DSP芯片的处理机很难保证信号流畅和算法精度，本系统采用LFM雷达体制，实现所有的计算软件化、数字化，设计适合民用的低成本、高精度、高可靠性的防撞系统。如今，也有公司和单位正在从事汽车防撞的实验阶段，但是很多设计离样机和成品还有一定的距离，本系统则从实际出发，在设计之初就考虑了市场的可能性，对于系统的完整性和功能性都加以设计，本系统已经做出样机，具有人机界面，能够实时调制雷达参数和显示雷达结果。 为了迎合LFM算法，本系统采用将计算量大要求速度高的算法FPGA化，将重复度高，速度要求适中的算法DSP化，使得DSP和FPGA双系统协调工作，这样的设计使得系统工作数据流畅，不会出现咽喉效应导致系统性能堵塞；此外，本系统为了迎合通用性和高性能的要求，采用双FPGA结构雷达硬件平台，这样的设计满足了数据吞吐和通用性的双重要求，在保证安全和精度的条件下降低成本。
获奖情况及鉴定结果
- 本系统于2010年10月获校“创新杯”科技竞赛二等奖，2010年11月获校“创新论坛”硬件设计大赛一等奖
作品所处阶段
- 终期实验，专利申请阶段
技术转让方式
- 知识产权
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示、图片、录像、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 目前市面上的汽车雷达综合起来有两种：激光雷达和声波倒车雷达。前者容易受到气候的干扰，当存在强雾的天气会出现严重的误报，空气介质对光波的衰减会很严重，后者应用声波载体，仅仅应用于近距离低速的环境。 本设计的无线电雷达是应用无线电穿透力强，空气介质衰减小，实时性好，稳定性好，测速测距精度高等优点展开创新。主要的关键技术是后端的数字信号处理，通过数字处理算法，进一步提高了稳定性和精度、实时性等性能。该作品应用毫米波技术，基于软件雷达平台，摒弃了激光和声波防撞雷达技术，利用和优化数字信号处理算法，进行多系统优化和集成，同时应用多CPU并行流水技术，提高速度和数据吞吐能力。该产品应用于汽车防撞技术对驾驶员进行辅助驾驶，今后可以为汽车自动驾驶提供信号处理基础平台。
同类课题研究水平概述
- 从目前来看，汽车的前向防撞系统在国内外还处于研发阶段，没有十分成熟的产品出现，线性调频（LFM）雷达体制在军方较为成熟，但是由于成本和难以小型化的原因很难普及民用。目前有一些研究机构完成了线性调频（LFM）防撞雷达系统的实验品，但是没有将完整的雷达体制算法嵌入其中，只是在大误差和低精度情况下实际测试，其主要原因是硬件条件不足以完成高精度的测试。在现有的系统中，所查到的防撞系统功能单一，系统不完善，没有形成完善的实时测速、测距、控制、人机界面体系。 对于理论方面，目前还没有一套成熟的算法用来解决DSP和FPGA算法分配的问题，力求FPGA和DSP的资源得以充分的利用，成本最低，本团队提出了一套解决DSP和FPGA算法分配的工程化算法——时空复杂度平均算法，充分利用和合理分配DSP和FPGA资源，以达到软件和硬件系统集成化，协同化的目的，使得算法与硬件系统能够高效率地工作，同时也降低了成本，为雷达系统的民用化进程起到了一定的推动作用。 中新网2010年11月25日电 据台湾TVBS报道：“台大研发平价汽车防撞雷达 成本比现有便宜百倍”一文中阐述台湾大学研发一种2000元成本的汽车防撞雷达，该项目的核心是自主研发射频和信号处理前端，但是从电子工业的发展经验来看，这一系统需要很长的时间来提高稳定性和降低成本，芯片的研发风险和成本都高，所以这一系统能否问世成为产品还需要画一个大大的问号。从集成电路的研发经验来看，流片的成本大概在100万元左右，这个成本的投入显然不切合低成本的实际，如果真正要做到低成本也只有集成电路大量生产之后才能做到，所以这样的方案是不切合实际的。 从工程化的角度考虑，所有的硬件系统的选型，都是考虑成熟、稳定的芯片，从低成本的角度考虑，量产而符合标准的芯片作为首选，通过多层板的布线原则，同样能解决小体积的问题，从低功耗的角度考虑，选择低功耗芯片也为一种合适的解决方案。 在设计硬件的时候，需要考虑算法的复杂度，以此来满足算法计算量的要求，本算法系统在此设计的硬件平台已经顺利通过实时性的测试。
