Диссертация (Алгоритмы обработки сигналов в радиолокаторах предупреждения столкновений транспортных средств), страница 2

Он работает в полосе частот 76-77 ГГц, являющейся стандартом для АР практически во всех странах мира. В то время как задняя MMRимеет угол раскрытия до 150 градусов и дальность до 90 метров. Передний вариант установки АР выглядит значительно лучше - с углом раскрытия до ±45 градусов и дальностью обнаружения до 160 метров от машины-носителя [63].В 2013 году компания TRW представила новый АР средней зоны обнаружения AC100, который работает на частоте 24 ГГц с полосой пропускания100МГц.

Она способно обнаруживает дорожные объекты на расстояние до 150м сразрешением 2,5м и в угловом обзоре ±8о (12о при очень близком расстоянии) сточностью 0,5о при скорости движения объекта до 250км/ч с разрешение 1,4км/ч[64].АР с электронным способом сканирования компании Delphi может обнаруживать цели на расстоянии до 174м в режиме дальнего сканирования, в полеохвата ± 10о, а в режиме среднего сканирования - до 60м, в поле зрения ± 45о,Точность измерений радара приведены в качестве минимума ± 0,25м и ± 0,5о [65].Начиная с 2011 года, компания Smartmicro предлагала построить АР на основе радиолокационный датчик типа UMRR-0A для средней/малой зоны обнаружения, который имеет максимальную дальность до 160м с разрешением 1м, максимальный обзорный угол от -50 до +50 градусов.

Этот датчик работает на часто-8те 24 ГГц с. В зависимости от типа установленных антенн можно применять егодля АР средней или малой зоны обнаружения [66, 67].Уровень развития технологии и снижение себестоимости радаров, а такжестандартизация Федеральной комиссией связи СIIIА (Federal CommunicationsCommission, FCC) радиочастот для коммерческих применений (71-76 ГГц, 31-36ГГц, 92-95 ГГц) обеспечили массовое проникновение радарной технологии наразличные рынки, включая автомобильный, хотя пока только в автомобили классаhigh-end.

Радары в системе АКК автомобилей BMW серии 3, Mitsubishi, MercedesBenz, Toyota, которые работают в диапазоне 76-77 ГГц [7], и позволяют детектировать (обнаруживать и распознавать) объекты углового обзора в 12° и определять расстояния в диапазоне 1-150 м с разрешением в 1 м, причем при оптимальном дизайне могут быть определены расстояние, относительная скорость иугол азимута.АР большой дальности (LRR) позволяет наблюдать объекты в диапазонеот 10 - 250м. Основной функцией этого радиолокатора является автомобильныйкруиз - контроль. Радарный датчик АС20 TRW Automotive выполняет измерениерасстояния - в диапазоне 1 - 200 м с точностью ±5% (или 1 м), измерение скорости в диапазоне ±250 км/ч с точностью ±0,1 км/ч, сканирование углового обзора в±6° с точностью ±0,3° [7].Новый АР фирмы DENSO имеет дальность обнаружения 205 метров и ±18градусов зоны обнаружения на расстоянии 35 метров от автомобиля, и ±10 градусов по азимуту на расстоянии 151 метров в обычной комплектации [68].В последнее время компания DENSO начинает интегрировать АР с видеодатчиком.

При этом, радиолокационный датчик миллиметрового диапазона используется для измерения расстояния до объекта, в то время как видеокамера используется для обнаружения дорожных полос движения и объектов.В последние годя наметилась тенденция комплексирования радаров разнойдальности. Кроме того, одним из перспективных направлений развития автомобильных оптических и радиолокационных датчиков является их комплексирова-9ние с объединением достоинств каждого из них. При этом, АР остаются самымперспективным и недостаточно исследованным типом датчиков.Проблемными задачами, связанными с проектирование РЛС обеспечениябезопасности движения, занимались различные учёные, как в России, так и других странах.

Прежде всего, необходимо отметить основополагающие работы таких выдающихся российских учёных в области радиолокации, как профессорП.А.Бакулев, профессор Ю.Г.Сосулин, профессор В.Н.Скосырев. Большое влияние на разработку и создание первых панорамных РЛС для ТС (прежде всего автомобильных РЛС - АРЛС) оказали многолетние исследования известных специалистов МАИ: Нуждина В.М., Расторгуева В.В., Чукина Л.Ф., Давидича И.В.Кроме того, вопросы разработки радиолокаторов ближней дальности рассмотрены в трудах Шелухина О.И., Елистратова В.В., Ананенкова А.Е., Шнайдера В.Б.Среди зарубежных учёных необходимо отметить труды: M.Skolnik, P.Russer,R.Rollman, M.

Schneider, R.Schmidt.В МАИ на кафедре 407 разработана, изготовлена и испытана система радиовидения (СРВ), которая является развитием панорамных РЛС обзора пространства ближнего радиуса действия. Созданная СРВ обладает высоким дальномерным и азимутальным пространственным разрешением, а также высокой скоростью обновления информации в реальном времени, соизмеримой с телевизионными системами.

Данная система, установленная на автомобиле, кроме информационно-предупредительных свойств, обладает уникальной возможностью реализовать интерактивный режим управления транспортным средством путем анализаводителем дорожной ситуации по радиолокационному изображению, выводимому на экран цифрового дисплея. Так, СРВ - качественно новый этап развития технического прогресса ТС, новое направление науки и техники, соединяющее достижения в области радиолокации, антенной и сверхвысокочастотной (СВЧ) техники ММ диапазона длин волн, а также программно-аппаратных средств цифровой обработки радиолокационных сигналов.

СРВ предназначена для обзора местности в условиях ограниченной оптической видимости (туман, снег, дождь, высокая задымленность и т.п.) или ее отсутствия, когда управление ТС, поиск площа-10док для посадки самолетов и вертолетов, поиск объектов искусственного происхождения на поверхности Земли путем визуального контроля, либо по даннымдругих оптических или ИК датчиков, затруднен или невозможен.СРВ позволяет сформировать радиолокационное изображение местностивпереди ТС в реальном масштабе времени на экране монитора. В частности, вСРВ автомобиля на формируемом изображении водителю должна быть предоставлена возможность четко наблюдать границы автодороги, автомобили и иныепредметы и препятствия на ней в пределах заданной дальности, с учетом динамики движения собственного, попутного и встречных автомобилей.СРВ конструктивно состоит из двух функциональных блоков: внешний,содержащий антенную систему и СВЧ часть с приемо-передатчиком, и внутренний, включающий в себя устройства цифровой обработки сигналов и индикатор.Любое ухудшение погодных условий, полное отсутствие оптической видимости(плотный снег, туман, дождь, пыль, дождь) и освещённости не мешает работе системы.Проблемы, которые были решены при создании СРВ, определяются следующими особенностями работы системы:• чрезвычайно высоким динамическим диапазоном принимаемых сигналов;• необходимостью работы на одну приемо-передающую антенну с узким (вазимутальной плоскости) сканирующим лучом.• необходимостью работы цифровой системы обработки сигнала в реальноммасштабе времени;• высокой скоростью информационного потока данных, поступающих вблок цифровой обработки.В целом, проведённый обзор известных достижений в области создания современных радарных датчиков показал их основные недостатки:1.

Ограниченнаяинформативностьформируемогорадиолокационногоизображения (РЛИ) дороги, автомобилей, препятствий и окружающей местности,обусловленная недостаточной разрешающей способностью радаров по дальностии азимуту.112. Ограниченность азимутального сектора обзора (апертурный угол порядка12°) в дальней зоне обнаружения (R >120 м), что не позволяет осуществить обнаружение препятствий в повороте и за ним.3. Невозможность одновременного измерения двух горизонтальных составляющих вектора скорости автомобиля, что в условиях скользкой дороги и приплохой оптической видимости приводит к съезду автомобилей в кювет.Поэтому современные АР не могут решить комплексную задачу обеспечения предупреждения столкновений, а также управления (в том числе, автоматизированного) автомобилем при ограниченной или отсутствии оптической видимости.Однако работы по анализу статистических характеристик рассеяния электромагнитных волн (ЭМВ) на таких объектах, как: автомобили, объекты дорожной инфраструктуры в РПС не были завершены.

Не были рассмотрены вопросывлияния параметров антенной системы на характеристики обнаружения РПС, нерассмотрены вопросы измерения горизонтального вектора скорости, не рассмотрены эффективные алгоритмы обработки радиолокационных изображений (РЛИ).Поэтому можно констатировать, что вопросы построения алгоритмов формирования и обработки РЛИ остаются открытыми и разработка эффективных методовобработки сигналов в РПС ТС является актуальной задачей.Результаты этих исследований должны обеспечить:− расширение возможностей и потенциала для применения РПС в различных(не только автомобильных) ТС;− повышение эффективности методов обработки отраженных сигналов в РПС;− расширение функциональных возможностей РПС за счет высокой информативности РЛИ;− адекватность формируемого для водителя РЛИ.Цель работы – разработка эффективных алгоритмов обработки сигналов врадарах предупреждения столкновений транспортных средств для измерения рас-12стояния и скорости сближения с опасными объектами в условиях ограниченнойили отсутствия оптической видимости.Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующиеосновные задачи:1.

На основании проведенного сравнительного анализа затухания ЭМВмиллиметрового (ММ) и инфракрасного (ИК) диапазона длин волн в гидрометеорах и пыли, подтверждены преимущества ММ диапазона и обоснован выбор частотного диапазона для проектирования РПС.2. Проведён анализ технических характеристик РПС, важных для проектирования радара, в частности, оценены характеристики рассеяния ЭМВ на объектах движения и дана оценка влияния уровня боковых лепестков диаграммынаправленности антенны (ДНА) РПС на характеристики разрешения объектов участников движения.3.