【摘要】 本文介绍了新型全方位车载雷达系统的设计目的和思路，并阐述了相对于传统车而言新型全方位载报警雷达的反应速度快、测量精确等优势，并从系统的硬件设计和软件等方面具体阐述新型全方位车载雷达的工作原理和新型技术，最后提出了新型全方位车载雷达系统的应用前景。
【关键词】 LMS自适应滤波算法；DSP信号处理；CAN总线；雷达报警
新型汽车全方位倒车雷达技术是结合中国道路交通安全现状，对汽车碰撞预警系统所涉及的相关理论及技术问题进行研究之后，开发的一种能有效遏制道路交通碰撞事故，为提高我国道路交通安全水平并降低交通事故发生率的新技术。简单的说，该技术的原理就是用超声波雷达向周围发射超声波，通过接收反射回来并经过处理系统经过处理的回波，得出车辆周围的障碍物的位置，进而通过语音报警系统和显示器向驾驶员发出警报，提醒驾驶员注意避让。
一、系统硬件设计
系统硬件的设计可以简单地归纳为一个单线的走向，从输出到处理到报警。该系统主要分为三个相互衔接的模块：雷达测距模块、中频信号处理模块以及报警显示装置模块。
（一）雷达测距模块
雷达测距模块主要负责系统信号的收发工作。该模块主要由两个单元组成：纵向测距单元和侧向测距单元。纵向测距单元是通过安装在汽车前部和尾部的LFMCW（线性调频连续波）雷达实时测量车距、相对速度、角度等信息。侧向测距单元通过安装在汽车左右两侧的超声波传感器测得超声波回波时间，通过CAN总线将数据发送至信号处理模块进行处理。随着现代科技成熟的发展，LFMCW雷达前端比起研究之初已经可以集成在一块微型芯片上。毫米波FMCW雷达很容易获得大的绝对带宽，从而获得高的距离分辨力；使用小孔径天线即可获得窄的波束指向，从而获得高的角分辨力。然而目前的LFMCW雷达仍然受到器件本身的限制，其发射功率很小，影响了LFMCW雷达的作用距离和应用范围，不过这种雷达对于近距离的实时报警也是足够的了，所以可以充分利用这种雷达发挥它的发射功率低、无距离盲区、距离分辨力高等特点和优势。
图1 车载全方位雷达安全装置系统结构图
（二）中频信号处理模块
中频信号处理模块主要负责对雷达测距模块所发送的数据进行处理。可以用通用可编程DSP芯片来处理报警毫米波雷达所测得的各种数据。传统的单片机抗干扰能力差，故障率高，不易扩展，易受外界环境影响。DSP作为在雷达信号处理中广泛应用的数字信号处理器件，完全能够克服上述单片机的缺点并满足车载全方位雷达安全装置的需求。作为面向数字信号处理的可编程嵌入式处理器，DSP具有速度高、运用灵活、运行可靠、编程容易、接口丰富、处理速度快、实时性好等优势。在进行雷达信号处理的时候，通常需要完成大量具有高度重复性的实时计算，DSP的上述优势就可以适应这种需要。通过此模块的处理后，将处理后的信息通过CAN总线传给报警显示装置模块。值得注意的是我们在这里选择的芯片型号为TMS320VC5410。
此模块的硬件框图如图2所示：
图2 中频信号处理模块硬件图
（三）报警显示装置模块
报警显示装置模块主要由液晶显示模块电路和声光报警模块电路组成。液晶显示模块可以将经过中频信号处理模块处理过后的信息显示出来，包含了周围障碍物的位置，可以让驾驶员直观地了解周围的情况，而声光报警模块可以直接提醒驾驶员周围的情况，以做出相应的反应（如加速、减速或者改车道等）。
二、系统软件设计
当选定了系统的硬件结构就该选择系统的软件结构和基本算法：
首先，选择编程语言编写源程序。1MS320VC5410提供三种编程语言：汇编语言和C/C++。
其次，基于单独使用上述三种编程语言的缺点，本系统应用程序采用C语言和汇编语言混合编程的方法，即在算法运算量大的地方，如FFT、LMS滤波等，用手工编写的方法编写汇编语言，而对运行速度和代码效率要求不高但要求可读性强而维护容易的程序，如系统初始化、用户操作界而等，则采用高级语言。采用这种方法，既可提高程序的可读性和缩短软件开发的周期可移植性，又能满足系统实时运算的要求，同时还会充分发挥DSP快速的运算功能，更利用了C语言的灵活控制流程的优势。
（一） CCS开发环境
CCS开发环境主要由以下组件构成：
1.TMS320VC541O集成代码产生工具
用来对C语言、汇编语言或混合语言编程的DSP源程序进行编译汇编，并链接成为可执行的DSP程序。主要包括汇编器、链接器、C/C++编译器和建库工具等。
2.CCS集成开发环境
集编辑、编译、链接、软件仿真、硬件调试和实时跟踪等功能于一体。包括编辑工具、工程管理工具和调试工具等。
3.DSPIOS实时内核插件及其应用程序接口API
主要为实时信号处理应用而设计。包括DSP/BIOS的配置工具、实时分析工具等。
4.实时数据交换的R1mX插件以及相应的程序接口API
可对目标系统数据进行实时监视，实现DSP与其他应用程序的数据交换。
系统应用程序设计如图3所示：
图3 系统应用程序设计流程图
三、CAN总线
CAN总线主要用于雷达测距设备的控制和监控，与一般的通信总线相比，它的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性，而且已经形成国际标准，成为主流技术。CAN总线具有性价比高、速度运行快等特点，其中最重要的是信息冲突避免。
CAN总线的信号冲突避免可以这样来解释：当某个控制单元发出一条信息后，CAN总线会将其传输给网络上的各个控制单元例如DSP，而这些控制单元会有选择地接收信息，避免了信息干扰。实际上网络上所有控制单元都在不断地往CAN总线上发送各种各样的信息，这就需要通过状态域的数值来区分优先权的大小，优先权大的比如汽车前方位的车距数据就先传输处理，以便重要信息能够及时地接收使用。同一控制单元发出的信息其状态域的数值即优先权不完全相同，保证重要信息尽快接收；同时，同一控制单元发出的信息其发送的频率也不完全相同，重要的信息发送频率高。
四、自适应LMS算法
自适应LMS算法是基于最小均方误差准则和最陡下降法，对权值进行迭代更新以获取最优权值的算法。LMS算法因其具有方法简单、计算量小、易于实现且对信号的统计特性具有稳健性等优点，在信号处理领域得到广泛应用。将此算法用于汽车全方位雷达的数据分析上，既可以解决信息量大、处理速度不够快的问题，还可以对数据进行优化选择。这种算法就可以增加新型全方位车载雷达的测试精度。
五、结语
这项技术可以在很大程度上避免车辆碰撞的发生，在传统的倒车雷达原理的基础上通过改进，我们的新型汽车全方位倒车雷达具备了以下几个优点：
（一）用全方位的扫描代替了以前的前后扫描，扫描范围变大，也能够更好地预防车祸的发生。
（二）采用LMS自适应滤波算法和变周期LFMCW雷达发射信号来降低虚警率。
（三）运用DSP信号处理技术处理信号，大大提高了效率。
（四）运用CAN总线技术代替了传统的电气控制系统，满足汽车对性能、安全性和便利性的要求。
通过这些技术的利用，可以快捷、无误地对信号进行处理分析。相信通过这些新技术的利用，可以有效地避免虚报警、信息处理不及时、接收信息不够广等问题，随着如今汽车的数量的逐年增加，发生交通问题的概率也在随之加大，亟需一种自动检测并且提醒的装置进行提前干预，而新型汽车全方位车载雷达系统恰好能克服过去类似系统的缺点，若这种系统大范围投入市场，将大大提高行车安全。
参考文献
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