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，設計一種反應快，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
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關鍵和主要技術(shù)指標
- 本系統(tǒng)應用于高速公路前方危險預警系統(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，這樣的設計使得系統(tǒng)工作數(shù)據(jù)流暢，不會出現(xiàn)咽喉效應導致系統(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月獲校“創(chuàng)新論壇”硬件設計大賽一等獎
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,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 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，后者應用聲波載體，僅僅應用于近距離低速的環(huán)境。 本設計的無線電雷達是應用無線電穿透力強，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。 在設計硬件的時候，需要考慮算法的復雜度，以此來滿足算法計算量的要求，本算法系統(tǒng)在此設計的硬件平臺已經(jīng)順利通過實時性的測試。
