基本信息
- 項目名稱：
- 基于軟件雷達的前向防撞系統(tǒng)實現(xiàn)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 每年惡性交通事故導(dǎo)致傷亡的人數(shù)不計其數(shù)，汽車結(jié)構(gòu)的增強、安全氣囊的安裝等，都無法真正解決問題，只有主動提前預(yù)警危險，并采取制動措施，才能從根本上解決安全問題。因此需要迫切研制一種主動式裝置對即將到來的碰撞提前預(yù)警并采取制動措施來減小交通事故發(fā)生的可能性。根據(jù)高速路的特定危險情況展開研究，設(shè)計一種反應(yīng)快，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，適合多種環(huán)境的汽車前向主動式防撞雷達，當(dāng)汽車前方出現(xiàn)危險物體時，系統(tǒng)將報警。
- 詳細介紹：
- 該系統(tǒng)針對現(xiàn)行汽車的不足，繞開增強汽車堅固、安全氣囊等被動式安全措施，采取更為主動的檢測式危險檢測技術(shù)，提前對駕駛員進行預(yù)警，同時在必要時采取強制剎車措施，把增強結(jié)構(gòu)改為主動避讓的安全理念，最終設(shè)計兩者結(jié)合的方案。 該系統(tǒng)采用成熟的軍用雷達技術(shù)方案，移植民用，結(jié)合市場做出調(diào)研再進行工程設(shè)計，控制成本，同時盡力發(fā)揮硬件性能，目前已經(jīng)完成樣機的設(shè)計和調(diào)試，具備的功能為：4個動目標的檢測，速度和距離的測試，同時對于相對速度過大的危險物體產(chǎn)生報警，同時該系統(tǒng)為汽車輔助和自動駕駛提供可參考的實驗平臺。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 本系統(tǒng)應(yīng)用于高速公路前方危險預(yù)警系統(tǒng)，安裝于汽車前端，利用線性調(diào)頻連續(xù)波（LFM）雷達體制，通過測距和測速雷達算法，判斷目標，檢測危險，通過通信系統(tǒng)將結(jié)果發(fā)送到上位機（PC），通過上位機的人際交互界面，以圖形界面的形式動態(tài)顯示雷達運行情況和目標出現(xiàn)情況，當(dāng)前方出現(xiàn)危險目標的時候，信號處理平臺把計算最終結(jié)果發(fā)送到上位機，上位機在人機界面上面動態(tài)顯示：目標數(shù)目，目標距離，目標速度等信息。該系統(tǒng)應(yīng)用毫米波雷達技術(shù)作為系統(tǒng)前端，相對于激光和聲波雷達具有穿透力強、穩(wěn)定性高、識別率高等優(yōu)點。 很多同類研究并沒有將本系統(tǒng)實際工程化，只是停留在理論研究或者是實驗室的初級實驗品，本系統(tǒng)的創(chuàng)新點是將成熟的LFM雷達系統(tǒng)移植于高速公路防撞系統(tǒng)，將雷達系統(tǒng)與汽車電子結(jié)合，能夠為汽車駕駛輔助系統(tǒng)提供信號處理平臺，并將其工程化，小型化，民用化。同時，本系統(tǒng)不但進行工程化的創(chuàng)新，在理論方面提出時空復(fù)雜度平均算法，充分利用和合理分配DSP和FPGA資源，以達到軟件和硬件系統(tǒng)集成化，協(xié)同化的目的，使得算法與硬件系統(tǒng)能夠高效率地工作，同時也降低了成本，為雷達系統(tǒng)的民用化進程起到了一定的推動作用。 本系統(tǒng)探測距離：150m，測試距離精度：<0.6m，誤差<3%，天線波束輻射角度：3°，微波中心頻率：24GHz，功耗<5W，動態(tài)檢測目標：4個，動態(tài)跟蹤目標：4個，系統(tǒng)反映時間：<26ms。
科學(xué)性、先進性
- 汽車防撞雷達的概念之前有人提出過，也見過類似專利，多數(shù)是針對模擬處理機的機制下進行的，有些采用單DSP芯片的處理機很難保證信號流暢和算法精度，本系統(tǒng)采用LFM雷達體制，實現(xiàn)所有的計算軟件化、數(shù)字化，設(shè)計適合民用的低成本、高精度、高可靠性的防撞系統(tǒng)。如今，也有公司和單位正在從事汽車防撞的實驗階段，但是很多設(shè)計離樣機和成品還有一定的距離，本系統(tǒng)則從實際出發(fā)，在設(shè)計之初就考慮了市場的可能性，對于系統(tǒng)的完整性和功能性都加以設(shè)計，本系統(tǒng)已經(jīng)做出樣機，具有人機界面，能夠?qū)崟r調(diào)制雷達參數(shù)和顯示雷達結(jié)果。 為了迎合LFM算法，本系統(tǒng)采用將計算量大要求速度高的算法FPGA化，將重復(fù)度高，速度要求適中的算法DSP化，使得DSP和FPGA雙系統(tǒng)協(xié)調(diào)工作，這樣的設(shè)計使得系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)流暢，不會出現(xiàn)咽喉效應(yīng)導(dǎo)致系統(tǒng)性能堵塞；此外，本系統(tǒng)為了迎合通用性和高性能的要求，采用雙FPGA結(jié)構(gòu)雷達硬件平臺，這樣的設(shè)計滿足了數(shù)據(jù)吞吐和通用性的雙重要求，在保證安全和精度的條件下降低成本。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 本系統(tǒng)于2010年10月獲?！皠?chuàng)新杯”科技競賽二等獎，2010年11月獲?！皠?chuàng)新論壇”硬件設(shè)計大賽一等獎
作品所處階段
- 終期實驗，專利申請階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 知識產(chǎn)權(quán)
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品、現(xiàn)場演示、圖片、錄像、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 目前市面上的汽車雷達綜合起來有兩種：激光雷達和聲波倒車雷達。前者容易受到氣候的干擾，當(dāng)存在強霧的天氣會出現(xiàn)嚴重的誤報，空氣介質(zhì)對光波的衰減會很嚴重，后者應(yīng)用聲波載體，僅僅應(yīng)用于近距離低速的環(huán)境。 本設(shè)計的無線電雷達是應(yīng)用無線電穿透力強，空氣介質(zhì)衰減小，實時性好，穩(wěn)定性好，測速測距精度高等優(yōu)點展開創(chuàng)新。主要的關(guān)鍵技術(shù)是后端的數(shù)字信號處理，通過數(shù)字處理算法，進一步提高了穩(wěn)定性和精度、實時性等性能。該作品應(yīng)用毫米波技術(shù)，基于軟件雷達平臺，摒棄了激光和聲波防撞雷達技術(shù)，利用和優(yōu)化數(shù)字信號處理算法，進行多系統(tǒng)優(yōu)化和集成，同時應(yīng)用多CPU并行流水技術(shù)，提高速度和數(shù)據(jù)吞吐能力。該產(chǎn)品應(yīng)用于汽車防撞技術(shù)對駕駛員進行輔助駕駛，今后可以為汽車自動駕駛提供信號處理基礎(chǔ)平臺。
同類課題研究水平概述
- 從目前來看，汽車的前向防撞系統(tǒng)在國內(nèi)外還處于研發(fā)階段，沒有十分成熟的產(chǎn)品出現(xiàn)，線性調(diào)頻（LFM）雷達體制在軍方較為成熟，但是由于成本和難以小型化的原因很難普及民用。目前有一些研究機構(gòu)完成了線性調(diào)頻（LFM）防撞雷達系統(tǒng)的實驗品，但是沒有將完整的雷達體制算法嵌入其中，只是在大誤差和低精度情況下實際測試，其主要原因是硬件條件不足以完成高精度的測試。在現(xiàn)有的系統(tǒng)中，所查到的防撞系統(tǒng)功能單一，系統(tǒng)不完善，沒有形成完善的實時測速、測距、控制、人機界面體系。 對于理論方面，目前還沒有一套成熟的算法用來解決DSP和FPGA算法分配的問題，力求FPGA和DSP的資源得以充分的利用，成本最低，本團隊提出了一套解決DSP和FPGA算法分配的工程化算法——時空復(fù)雜度平均算法，充分利用和合理分配DSP和FPGA資源，以達到軟件和硬件系統(tǒng)集成化，協(xié)同化的目的，使得算法與硬件系統(tǒng)能夠高效率地工作，同時也降低了成本，為雷達系統(tǒng)的民用化進程起到了一定的推動作用。 中新網(wǎng)2010年11月25日電 據(jù)臺灣TVBS報道：“臺大研發(fā)平價汽車防撞雷達 成本比現(xiàn)有便宜百倍”一文中闡述臺灣大學(xué)研發(fā)一種2000元成本的汽車防撞雷達，該項目的核心是自主研發(fā)射頻和信號處理前端，但是從電子工業(yè)的發(fā)展經(jīng)驗來看，這一系統(tǒng)需要很長的時間來提高穩(wěn)定性和降低成本，芯片的研發(fā)風(fēng)險和成本都高，所以這一系統(tǒng)能否問世成為產(chǎn)品還需要畫一個大大的問號。從集成電路的研發(fā)經(jīng)驗來看，流片的成本大概在100萬元左右，這個成本的投入顯然不切合低成本的實際，如果真正要做到低成本也只有集成電路大量生產(chǎn)之后才能做到，所以這樣的方案是不切合實際的。 從工程化的角度考慮，所有的硬件系統(tǒng)的選型，都是考慮成熟、穩(wěn)定的芯片，從低成本的角度考慮，量產(chǎn)而符合標準的芯片作為首選，通過多層板的布線原則，同樣能解決小體積的問題，從低功耗的角度考慮，選擇低功耗芯片也為一種合適的解決方案。 在設(shè)計硬件的時候，需要考慮算法的復(fù)雜度，以此來滿足算法計算量的要求，本算法系統(tǒng)在此設(shè)計的硬件平臺已經(jīng)順利通過實時性的測試。
