毫米波时分随机码调相多通道汽车防撞雷达

摘要

本发明涉及无线电定位技术领域，是一种毫米波时分随机码调相多通道汽车防撞雷达。设时分时序异步控制收/发信号，收/发两用准光集成介质透镜天线阵列，DSP按车道扫描波束警戒路面可能发生碰撞的目标，路况摄像、本车速传感、卫星定位GPS数据MCU控制时分n路通道随机码毫米波调相，经上变频、R/T3、倍频与功放、R/T2、环形器、波束开关、天线阵列发射，回波经天线阵列、波束开关、环形器、R/T1、低噪声高放、分谐波混频、中放、提取多通道信号DSP与MCU处理控制，相邻车道多辆汽车行驶互不干扰共存运行，具有高性能环境电磁兼容EMC，遇多个路障目标DSP抑制虚警确定方位、距离和速度，CRT显示三维全景图像，目标距离越近分辨力越高，识别与本车最近距离的目标，小于安全距离声光报警，接近危险距离智能避障或减速、刹车，其控制参考路况、本车速及GPS数据作出抉择，显著提高汽车行驶安全。

说明书

技术领域

本发明涉及无线电波发射和接收探测目标方位、距离和速度的技术领域，具体是一种毫米波时分随机码调相多通道汽车防撞雷达。

背景技术

目前，汽车及其它机动车大量增多给人们出行便捷的同时导致道路拥挤超负荷，公路街道纵横交错，时有车辆违章闯红灯、超车抢道、超速、超载交会，车道路况时刻存在危险，交通法规意识淡薄或驾驶经验不足是安全隐患，车祸频繁发生，造成大量的生命伤亡和重大的财产损失，成为全世界严重的社会问题，美、欧、日本等国投入大量人力和物力研制先进防撞雷达。由于汽车防撞雷达工作环境和条件十分苛刻，快速行驶的车辆避撞过程的时间极短，不足一秒钟，技术要求很高，有不少难题需待解决。从技术角度分析FM-CW调频连续波防撞雷达局限于检测单一目标，对观察区域内所有目标不能同时测定无模糊距离和速度。多个检测目标的间距近，相邻目标回波交调重叠，使检测数据很难分辨鉴别，通常相邻车道防撞雷达会发生相互干扰，降低检测性能甚至无法正常工作，难以应对行驶过程复杂多变的险情。随机信号连续波雷达虽有很高的抗干扰能力，有望在同一区域车道防撞雷达环境电磁兼容EMC问题得到解决，但因连续波雷达天线发射能量辐射泄漏阻塞，影响检测回波信号，尤其弱小目标难以检测到，且对可能发生碰撞威胁的目标大小、距离远近，分辨力单一，随机非周期性信号积累检测需待解决。减轻相对方向行驶雷达相互干扰天线取窄波束致使观察视域减小，道路弯曲时存在盲区。反射式天线价高、扫速慢，抗振防尘差并影响汽车外观和气动性，而微带天线毫米波频率损耗较大。简单雷达显示器缺少全景信息图像，相邻多目标相对位置、距离远近及移动速度不能准确预警。脉冲雷达发射脉宽遮挡回波，存在盲距，难以近距防撞，高速公路行驶缺泛后视预警常有多辆汽车追尾相撞。现有汽车防撞雷达缺少用传感器信号构成闭环控制，缺少道路环境天线自适应控制和避障、减速及刹车的智能控制，能见度差或行驶遇险情不能及时帮助司机解危避免事故。

发明内容

本发明的目的是提供相邻车道多辆汽车行驶互不干扰共存运行，相对快速的同时检测多个路障目标，距离越近分辨力越高的毫米波时分随机码调相多通道汽车防撞雷达。

本发明技术方案设有：环形器、中放、回波数据缓冲器FIFO、数字信号处理器DSP、微控制器MCU、双口存储器RAM、接口I/O、前、后路况摄像探头、本车速传感器、卫星定位传感器GPS、声光报警器、避障器、减速器、刹车器、键盘，还设有收/发两用准光集成介质透镜天线阵列、波束转换开关、收/发转换开关T/R₁、T/R₂、T/R₃、频率合成器、时分电路、随机码发生器、调相器、倍频与功放、低噪声高放、分谐波混频器、多通道信号提取电路、光栅扫描图像显示器CRT，收/发两用准光集成介质透镜天线阵列按路面最多车道量在车体前、后设置线阵，频率合成器输出fc₂接入DSP为时钟信号，fc₃接入微控制器MCU为时钟信号，DSP按车道编码脉冲分配序列接入波束转换开关、CRT，频率合成器输出fc₁接入时分电路为时钟信号，时分电路计数预置端经接口I/O接入MCU，前、后路况摄像探头、本车速传感器、卫星定位传感器GPS信号经接口I/O接入MCU控制时分电路生成n路时分脉冲，高电平逻辑“H”接入收/发转换开关T/R₂、T/R₃，低电平逻辑“L”接入T/R₁，频率合成器输出f_N信号接入调相器为载频的一半或四分之一频率，频率合成器输出fc₄₁、fc₄₂、fc_4n接入多元随机码发生器为采样保持器时钟信号，多元随机码发生器生成n组取值互相独立码频与带宽，经时分编码为码频递增、码元宽度递减分段关联排列n路时分随机码脉冲接入调相器、多通道信号提取电路脉压相关器延迟线，调相器调相射频经T/R₂、倍频与功放二或四倍频、功放为雷达载频f₀接至T/R₃、环形器、波束转换开关、准光集成介质透镜天线阵列发射，频率合成器输出f_N接入分谐波混频器为本振信号f_L、f_i接入多通道信号提取电路为中频相干基准频率，回波射频RF经准光集成介质透镜天线阵列、波束转换开关、T/R₁、环形器、低噪声高放、分谐波混频器、中放，n路时分脉冲在时分电路时序异步选通门选取n组按发射编码多元随机码经多通道信号提取电路脉压相关处理，暂存回波数据缓冲器FIFO传入DSP数据总线，DSP与MCU数据总线、地址线、控制线由双口存储器RAM汇接并提供仲裁信号，接口I/O分别接入CRT、声光报警器、避障器、减速器、刹车器、键盘，DSP软件设计片内分组时分复用数据重排、动目标显示MTI、快速傅里叶变换FFT、距离旁瓣抑制、恒虚警处理CFAR，MCU系统软件编程包括主程序和数据采集、数据处理、对象控制子程序，中放自动增益控制AGC电压经滤波、放大接入低噪声高放、中放AGC受控端，波束转换开关、环形器、收/发转换开关T/R₁、T/R₂、T/R₃、频率合成器、时分电路、调相器、倍频与功放、低噪声高放、分谐波混频器、中放雷达收/发电路集成一体，屏蔽；

其中，频率合成器是由恒温晶振、晶振分频器、倍频放大链、混频器、压控振荡器VCO、鉴相器、环路滤波器、环路分频器组成，VCO由砷化镓高电子迁移率GaAsHEMT器件、介质谐振器反馈振荡、变容管压控调谐，环路分频器由前置分频器和可编程分频器组合，恒温晶振输出一路经倍频放大链与VCO输出接混频器，通过环路分频器接入鉴相器，另一路经晶振分频器接入鉴相器，鉴相电压经环路滤波器压控VCO构成锁相频率合成，VCO输出f_N接入调相器，调相信号经倍频与功放二或四倍频为雷达载频f₀，同时f_N经定向耦合器接入分谐波混频内在二或四倍频为本振信号f_L，可编程分频预置端经接口I/O接入MCU，可编程分频输出f_i为中频相干检波基准频率、fc₁为时电路分时钟信号、fc₂为数字信号处理器DSP时钟信号、fc₃为MCU时钟信号、fc₄₁、fc₄₂、fc_4n为多元随机码发生器采样保持器时钟信号；

收/发两用准光集成介质透镜天线阵列，由介质基片微带双偶极振子集成天线、介质透镜、阵列基座、防护罩构成，介质透镜是一端面为半球体，另一端面为圆柱体截面，介质基片微带双偶极振子集成天线紧密放置在介质透镜的圆柱截面为馈源，介质透镜半球端面为天线辐射面，天线阵列按路面最多车道数量设置收/发两用线阵，在车体前、后方向一车道设至少一透镜天线，阵元水平直线排列安置在阵列基座上，外置防护罩，数字信号处理器DSP按车道编码脉冲序列接入天线波束转换开关、光栅扫描图像显示器CRT坐标变换器；

波束转换开关是在一个透镜天线天馈波导上集成PIN二极管或高电子迁移率晶体管HEMT管芯串、并、串联接为单刀单掷开关SPST，多个波束转换开关由其组合控制成单刀多掷开关，偏压经低通网络接入数字信号处理器DSP编码脉冲分配序列，收/发转换开关T/R₁、T/R₂、T/R₃设在环形器收、发分支处、倍频与功放输入端，PIN或HEMT管芯串、并、串联为单刀单掷开关SPST，其中T/R₂、T/R₃是双连同步开关，控制偏压经低通网络由时分编码脉冲高电平“H”接入T/R₂、T/R₃，低电平“L”接入T/R₁；

多元随机码发生器由宽带噪声源、微波宽带放大器、n组SAW声表带通滤波器、缓冲放大器、电压比较器、高速电压比较器、超高速电压比较器、采样保持器、高速采样保持器、超高速采样保持器、有源积分器组成，宽带噪声源由PN结二极管，在其管芯设一P或N扩散限流环，管芯衬底基片置热沉，串联温补二极管，置于同轴腔加恒流反偏PN结二极管为雪崩击穿区域，微波宽带放大器通过匹配宽带渐变过渡传输线接入n组SAW声表带通滤波器选取互相独立码频与带宽噪声谱，分别经缓冲放大器接入电压比较器至采样保持器、高速电压比较器至高速采样保持器、超高速电压比较器至超高速采样保持器，频率合成器输出fc₄₁、fc₄₂、fc_4n接入相应采样时间的采样保持器、高速采样保持器、超高速采样保持器为时钟信号，在采样保持器或高速采样保持器或超高速采样保持器输出随机二相码元，经有源积分器反馈回电压比较器或高速电压比较器或超高速电压比较器为参考门限，n组随机二相码接入时分电路编码为码频递增、码元宽度递减分段关联排列n路时分随机码脉冲信号接入调相器、多通道信号提取电路脉压相关器延迟线；

调相器由衬底未掺杂砷化镓GaAs与未掺杂铝基砷化镓AlGaAs形成交界面的基片上，集成2组高电子迁移率晶体管HEMT器件对管、4个3dBLange定向耦合器、4个栅极电阻、2个负载电阻构成两路反射式调制器，2组HEMT对管栅极分别串一电阻接入调制信号，源极接地，由2个3dBLange定向耦合器分别接在2组HEMT器件对管漏极，交叉耦合到其余2个3dBLange定向耦合器，2个负载电阻端接射频RF输入或调相BPSK输出，频率合成器VCO输出f_N雷达载频一半或四分之一频率接调相器输入口，n组随机码P₁、P₂、Pn时分电路编码n路脉冲经低通滤波网络接入两路调制器HEMT对管栅极，互补控制生成n路时分0、π二进制BPSK调相信号，倍频与功放由磷化铟砷化镓高电子迁移率InPGaAsHEMT器件构成，倍频栅极串联λ/4阻抗变换微带线，源极阻容接地，漏极微带线抑制基波和三次谐波，调谐在二次或四次谐频为雷达载频f₀，功放栅极微带线阻抗变换网络和C类偏置，源极接地，漏极微带线调谐在f₀，并与天线阻抗匹配，倍频与功放漏极分别经低能网络馈入直流电源；

低噪声高放由一个磷化铟砷化镓高电子迁移率双栅InPGaAsHEMT器件、微带线匹配网络构成，第一栅极连接回波载频微带线、共面线匹配网络，第二栅极为自动增益控制AGC端，接入中放AGC检出信号，源极阻容接地，漏极输出经匹配网络连接分谐波混频器SHP，频率合成器输出f_N经定向耦合器接入SHP为内在二或四倍频本振信号f_L，混频器由两个肖特基二极管反向并接在本振f_L微带线匹配网络与回波载频微带线匹配网络之间，中频信号IF在本振f_L匹配网络一侧经带通滤波网络取出；

多通道信号提取电路由n组I/Q相干检波器、低通滤波器LF、模数转换器A/D组成，中放输出在时分电路译码器n路异步时序选通门选取P₁′、P₂′、Pn′组回波信号接入对应的I/Q相干检波器，其检波器分同相I支路、正交Q支路两个乘法器，频率合成器输出f_i为中频相干基准信号，接入I支路，移相π/2接入Q支路，两路分解信号分别经LF、A/D接入脉压相关处理器，其脉压相关处理器由现场可编程门阵列FPGA构成带抽头可变延迟线Z^-1横向滤波器FIR，n路时分编码脉冲接入调相器、脉压相关处理器抽头可变延迟线Z^-1，横向滤波器FIR输入的一端连接多通道信号提取电路A/D，另一端与可变延迟线Z^-1各抽头相接，横向滤波器FIR输出经回波数据缓冲器FIFO接入数字信号处理器DSP数据总线；

时分电路由现场可编程门阵列FPGA组建可编程计数器、译码器、单稳态触发器、编码开关、时序异步选通门组成，计数器Cp、单稳态触发器定时输入端接入频率合成器输出fc₁时钟信号，计数器可编程预置经接口I/O连接MCU，路况摄像传感器、本车速传感器、卫星定位传感器GPS信号接入MCU控制时分电路生成n路时分脉冲，高电平逻辑“H”接入收/发转换开关T/R₂、T/R₃，低电平逻辑“L”接入T/R₁，多元随机码发生器独立选取码频与码元宽宽P₁、P₂、Pn组随机码调制信号接入编码开关，计数器数据端、单稳态触发器输出接译码器对应控制端，译码器各输出端与编码开关对号相接构成n组随机码信号码频递增、码元宽度递减分段关联排列n路时分脉冲接入调相器、多通道信号提取电路脉压相关器延迟线，调相信号经T/R₂、倍频与功放、T/R₃、环形器、波束转换开关、准光集成介质透镜天线阵列发射，回波信号经准光集成介质透镜天线阵列、波束转换开关，环形器、T/R₁、低噪声高放、分谐波混频器、中放，在时分电路n路时序异步选通门选取发射时分编码P₁′、P₂′、Pn′的n组复调制信号接入多通道信号提取电路I/Q相干检波器、模数转换器A/D、脉压相关处理器经回波数据缓冲器FIFO接入数字信号处理器DSP数据总线，DSP与微控制器MCU数据总线、地址线、控制线经双口存储器RAM汇接并提供仲裁信号；

光栅扫描图像显示器CRT是由坐标变换器、图像存储器RAM、地址选择I/O控制器、数模转换器D/A、标尺产生器、字符产生器、图形颜色产生器、显示控制器、辉亮电路、显像管X-Y-Z偏转系统组成，数字信号处理器DSP按车道编码脉冲分配序列同时接入坐标变换器、波束转换开关，多通道回波信号在DSP运算后经微控制器MCU的数据由接口I/O送至显示控制器，显示控制器分别连接坐标变换器、地址选择I/O控制器、图像存储器RAM、数模转换器D/A、标尺、字符产生器、显像管X-Y-Z偏转系统，其中坐标变换器、数模转换器D/A、标尺、字符及图形颜色产生器分别还接入辉亮电路控制显像管调辉电极。

本技术方案路况摄像实情结合本车速传感、卫星定位传感器GPS信息MCU控制生成n个时分信道，SAW声表带通滤波器选取随机信号码频与带宽，采样保持分段关联独立产生，时分编码为码频递增、码元宽度递减关联排列n路多元随机码调相发射，目标距离由远到近码频增高、码元宽度线性变窄，相对的快速同时检测多个车道路障目标或单个目标在多个通道中检测积累数据，距离越近分辨力越高，多谱勒频移越大，三维图像细节分辨越清楚，DSP抑制虚警识别与本车最近距离的目标，前方无车时由司机设速行驶，出现车辆时雷达测其距离和相对速度，跟踪至最近车辆，控制本车速保持安全距离，偏离安全距离时声光报警，逼近危险距离MCU指令避障器自动避障或启动减速、刹车智能控制。MCU智能控制是根据雷达测得的相关数据，参考路况和本车速及GPS传感信息数据作出抉择，起到能见度差行驶司机不易看清楚的避障功能，并识别静止车辆绕道而过。如发生迎面相撞的险情，其时间是两车速度之和，安全距离急剧缩短，要求驾驶素质、经验更高，相应地智能防撞雷达自适应控制系统反映速度为ms级甚至μs级，比人类反映快得多，在无机械故障条件下人控是不能替代的，极大提高防撞性能；与连续波随机码雷达相比，发扬随机信号雷达环境电磁兼容EMC高性能的前提下，检测分辨多个目标性能显著提高；n路随机码调相收/发时分时序异步后沿检测，从时间上隔离发射能量泄漏到接收系统，提高弱小目标信号的检测能力，增大雷达作用距离，后沿检测消除发射脉宽遮挡回波避免盲距，改善动态范围，实现近距防撞；频率合成多个精确的基准频率和时钟信号，保障收/发载频相位一致、时分脉位同步，分谐波混频本振内在倍频与调相倍频组合，仅少量器件获取毫米波高载频宽带随机码脉压相关测距/测速；准光集成介质透镜天线毫米波传输损耗小、增益高、抗振防尘强，成本低，在DSP按车道转换波束扫描检测视野宽广，方位角分辩力高，精确，尤其MCU由路况摄像、本车速及GPS信息控制DSP编码脉冲分配序列调整路面相应车道波束探测目标，自适应道路环境。

附图说明

图1本发明汽车雷达技术方案原理图

图2雷达收/发脉冲时序图

图3频率合成器

图4时分电路

图5多元随机码发生器

图6时分随机码调相器

图7多通道信号提取电路

图8光栅扫描图像显示器

具体实施方法

参照图1，本发明具体实施方法和实施例设有：环形器3、中放6、回波数据缓冲器FIFO13、数字信号处理器DSP14、微控制器MCU16、双口存储器RAM15、接口I/O19、前、后路况摄像探头17、本车速传感器18、卫星定位传感器GPS26、声光报警器20、避障器21、减速器24、刹车器23、键盘25，还设有收/发两用准光集成介质透镜天线阵列1、波束转换开关2、收/发转换开关T/R₁、T/R₂、T/R₃、频率合成器12、时分电路10、多元随机码发生器11、调相器9、倍频与功放8、低噪声高放4、分谐波混频器5、多通道信号提取电路7、光栅扫描图像显示器CRT22，收/发两用准光集成介质透镜天线阵列1按路面最多车道量在车体前、后设置线阵，频率合成器12输出fc₂接入DSP14为时钟信号，fc₃接入微控制器MCU16为时钟信号，DSP14按车道编码脉冲分配序列接入波束转换开关2、CRT22，频率合成器12输出fc₁接入时分电路10为时钟信号，时分电路10计数预置端连接MCU16接口I/O19，前后路况摄像探头17、本车速传感器18、卫星定位传感器GPS26信号经接口I/O19接入MCU16控制时分电路10生成n路时分脉冲，高电平逻辑“H”接入收/发转换开关T/R₂、T/R₃，低电平逻辑“L”接入T/R₁，频率合成器12输出f_N信号接入调相器9为载频的一半或四分之一频率，频率合成器12输出fc₄₁、fc₄₂、fc_4n信号接入多元随机码发生器11为采样保持时钟信号，多元随机码发生器11生成n组取值互相独立的码频与带宽，经时分编码为码频递增、码元宽度递减分段关联排列n路时分随机码脉冲接入调相器9、多通道信号提取电路7脉压相关器延迟线，调相器9调相射频经T/R₂、倍频与功放8二或四倍频、功放为雷达载频f₀接至T/R₃、环形器3、波束转换开关2、准光集成介质透镜天线阵列1发射，频率合成器12输出f_N接入分谐波混频器5为本振信号f_L、f_i接入多通道信号提取电路7为中频相干基准频率，回波信号经准光集成介质透镜天线阵列1、波束转换开关2、T/R₁、环形器3、低噪声高放4、分谐波混频器5、中放6，n路时分脉冲在时分电路10时序异步选通门选取n组按发射编排随机码，经多通道信号提取电路7脉压相关处理，暂存回波数据缓冲器FIFO13传入DSP14数据总线，DSP14与MCU16数据总线、地址线、控制线由双口存储器RAM15汇接并提供仲裁信号，接口I/O 19分别接入CRT22、声光报警器20、避障器21、减速器24、刹车器23、键盘25，DSP14软件设计片内分组时分复用数据重排、动目标显示MTI、快速傅里叶变换FFT、距离旁瓣抑制、恒虚警处理CFAR，MCU16系统软件编程包括主程序和数据采集、数据处理、对象控制子程序，中放6检出自动增益控制AGC电压经滤波、放大接入低噪声高放4、中放6的AGC控制端，波束转换开关2、环形器3、收/发转换开关T/R₁、T/R₂、T/R₃、频率合成器12、时分电路10、调相器9、倍频与功放8、低噪声高放4、分谐波混频器5、中放6雷达收/发电路集成一体，屏蔽。

本雷达在车体前、后按路面最多车道数量设置收/发两用准光集成介质透镜天线阵列，其介质基片微带双偶极振子集成天线元紧贴粘置在介质透镜的截面为馈源，介质透镜半球端面用来作辐射源，模拟集成天线无穷厚介质基片，消除表面波。改变圆柱体长度可获得合适波束宽度的准光高斯束辐射高辨力方向性。基于准光透镜天线收/发毫米波传输损耗小、增益高，收/发互易性强，口径小，介质透镜机械特性坚固抗振防尘强，成本低，各式汽车均可安装和使用，不影响外观和气动特性。

波束转换开关是在天馈波导设置PIN二极管或高电子迁移率晶体管HEMT管芯串、并、串接成单刀单掷开关SPST，天线阵列单元之间有较高的隔离度和较低的反射功率，DSP按车道编码脉冲分配信号循环扫描，达到多个车道波束切换，当汽车行驶在高速公路时路况摄像传感器信号MCU读取为“多选一”开关模式工作，一个车道发射一个波束照射路面；行驶至单车道路面时MCU控制单一波束照射。回波接收在道路直线行驶有良好的方位角度分辨力，道路弯曲或斜坡较大行驶波束较低旁辨，水平方向视野开阔，方位角分辨精度高。偏压经低通网络接入开关器件，防止毫米波泄漏影响DSP工作。

收/发转换开关T/R₁、T/R₂、T/R₃其PIN二极管或高电子迁移率晶体管HEMT管芯集成在环形器收、发分支处及倍频与功放输入端，控制电压经低通网络阻止毫米波进入时分电路，时分脉冲前沿时发射支路串联的PIN或HEMT管正偏导通，并联的PIN或HEMT管反偏截止，T/R₂、T/R₃为通态，这时，T/R₁串联的PIN或HEMT管反偏截止为开路，并联的PIN或HEMT管正偏短路，关断接收回波信号；时分脉冲后沿时，接收支路串联的PIN或HEMT管正偏导通，并联的PIN或HEMT管反偏截止，T/R₁接通接收回波信号，在DSP电扫波束转换开关控制下目标信号经环形器传入接收信号处理，而T/R₂、T/R₃串联的PIN或HEMT管反偏开路，并联的PIN或HEMT管正偏短路，关断雷达发射。射频信号反射回输入端，环形器吸收PIN或HEMT管反射功率。天线波束开关、收/发转换开关T/R₁、T/R₂、T/R₃采用PIN二极管或HEMT管芯便于电路集成，单管开关隔离度和频宽都较小，串、并、串结构隔离度较高，与环形器组合得到预期效果。PIN管价低，HEMT管控制电压功率极小。

为了克服噪声影响提高雷达探测弱小目标信号，分辨多个目标，设毫米波低噪声高放改善强噪声背景下检测目标，由于防撞雷达作用距离近，增益10dB即可，针对回波信号强弱起伏很大，防止混频输入大信号饱和阻塞，高放、中放设自动增益控制AGC，保持雷达接收有足够大的动态范围，适应检测不同距离目标。双栅器件第二栅控制Is对g_m变化特性，源极电阻自给偏压，Is在其电阻压降，使栅极产生负偏压，选取合适的I_b工作点和g_m，加AGC电压可得到良好的控制特性，选用磷化铟为衬底砷化镓高电子迁移率InPGaAsHEMT双栅器件在毫米波高端频率有低噪声特性，AGC控制范围较大。与中放AGC分步控制避免大卡车、大巴强目标回波信号过载和防止强干扰信号引起的过载，兼顾小目标如摩托车、电动车、自行车及行人的中放增益，目标起伏大保持较高的检测概率。

分谐波混频器SPH是在鳍线或微带线电路由两个反向并接肖特基二极管，相互保护在过高反压时不被烧毁，回波载频信号与本振信号相差甚远，隔离大于30dB，电路简单，无须耦合电桥和直流电源，本振信号产生非线性谐波倍频，与调相载频同取一半或四分之一频率，少量毫米波高端器件可获得高端载频f₀。

时分随机码调相雷达发扬随机信号是随机变量时间过程的本质，相邻车道多辆汽车相对方向行驶，发射信号相互照射扫掠必然进入对方接收系统，由于随机码无周期重复性，早已发生变化，起不了对目标回波相关处理的干扰作用，不影响对方雷达的正常运行，显示出优良的抗干扰环境电磁兼容性EMC，能适于车流密集的道路环境防撞提高行驶安全。

雷达收/发电路集成一体，简化电路连接，省略波导和同轴接头，缩小体重，提高雷达自身工程电磁兼容性和可靠性。

图2雷达收/发脉冲时序图，(a)是DSP按车道编码脉冲分配序列控制波束循环扫描的一个脉冲持续时间Ts，(b)是时分电路时钟信号fc₁波形，(c)是其单稳态触发器定时脉冲t₁及占空因子t₂波形，时钟信号fc₁与定时脉冲t₁通过可编程计数器、译码器时分编码调相，其t₁＝τ，时分脉冲高电平逻辑“H”前沿时T/R₂、T/R₃接通倍频与功放输入/输出发射信号，T/R₁关断接收，后沿时进入低电平逻辑“L”，T/R₂、T/R₃关断发射，T/R₁接通接收。图中、(d)、(e)、(f)、(g)浅色波形为时分n路时分脉冲编码调相，经倍频功放输出毫米波载频发射，深色波形为时分电路时序异步检测的目标回波脉冲，(d)收/发脉冲吻合重叠，回波延时Δt＝0，无回波产生，(e)雷达检测目标回波脉冲延时Δt＞0，产生回波，(f)延时为Δt＜max，回波脉宽与发射脉宽相等，信号能量大，(g)延时Δt＝max，为本雷达最大非模糊作用距离所对应的时间。可见，不同距离目标产生不同延时Δt，距离越近回波脉宽越窄，信号功率越小，而近区场辐射强，信号衰减不大时近距检测可行，相对回波较弱接收不易饱和阻塞，改善动态范围提高检测概率。异步收/发后沿检测，回波不被发射脉冲遮档，在发射占空因子t₂雷达最大作用距离内无盲区，发射信号不会泄漏到接收通道，从时间上完全隔离发射信号能量泄漏，极大提高检测弱小信号目标的能力，达到随机码连续波雷达、脉冲雷达不具备的优点。

本雷达多通道信号时间上分步进行，时分脉冲、工作周期远快于目标运动速度，相对于145km/h高速汽车不会产生突变，可视为同时检测。

图3频率合成器，恒温晶振12a信号一路经晶振分频器12f与环路分频器12k接鉴相器12g，鉴相电压经环路滤波器12h压控VCO12i锁定相位，恒温晶振12a信号另一路经倍频放大链12b、12c、12d、12e与VCO12i输出接入混频器12l，取和频接入环路分频器12k，使VCO12i频率反馈频率下移，减小环路分频器12k分频比，改善系统相噪特性。VCO12i介质谐振器反馈振荡频稳度较高、变容管调谐范围较宽。由恒温晶振为参考锁相频率合成，频稳度高，短稳优于10^-10/ms量级，适于汽车强振动和温差大的恶劣环境下工作，提供智能防撞雷达精确的各基准信号。频率合成器输出f_N接入时分随机码调相、倍频、功放为雷达载频f₀，同时f_N经定向耦合器12j为分谐波混频本振信号f_L，内在倍频减低毫米波器件高频率的要求。环路分频器12k可编程分频器经接口I/O19接入MCU程控，输出f_i为中频相干检波基准信号、fc₁为时分电路时钟信号、fc₂为DSP时钟信号、fc₃为MCU时钟信号、fc₄₁、fc₄₂、fc_4n为多元随机码发生器采样保持器采样时钟信号，可见，多个基准频率和时钟信号稳定性取决于恒温晶振频稳度，使收/发载频、中频起始相位保持一致，时分脉冲、多元随机码采样时间精确，保证雷达高精度检测。

图4时分电路，计数器10a可编程预置端经接口I/O19接入MCU，路况摄像和本车速信息、卫星定位传感器GPS本车所处当前位置相关数据在MCU控制改变二进-十进计数生成时分脉冲，高电平逻辑“H”控制收/发转换开关T/R₂、T/R₃接通发射，T/R₁关断接收，低电平逻辑“L”开关反之。可编程计数器10a时钟端、单稳态触发器10b输入端在时钟信号fc₁的触发下，定时t₁为发射脉宽，可编程计数器10a输出在译码器10c形成n路时分脉冲控制n组随机码调相信号，经编码开关10d输出P₁、P₂、Pn时分脉冲依次在调相器9射频调相和多通道信号提取电路7脉压相关处理。在时序异步选通门10e选取中放6的P₁′、P₂′、Pn′回波脉冲，从时间上完全隔离发射能量泄漏到接收机，提高弱小目标信号检测能力，增大雷达作用距离，后沿检测消除发射脉宽的遮挡避免盲距，可改善动态范围，实现近距检测防撞。时分电路时间分割为n个信道，随机信号码频与带宽递增分段关联，码元宽度独立采样产生递减关联，目标距离由远到近码频增高，码元宽度线性地变窄，相对快速的同时检测多个车道的多个路障目标或单个目标在多个通道中检测积累数据信息，目标距离越近分辨力越高，多谱勒频移越大，三维图像细节分辨越清楚，极大提高防撞性能。与连续波随机码雷达相比，保持随机信号雷达高性能电磁兼容性EMC，全方位检测可能发生碰撞的目标，分辨多目标显著提高。采用PFGA电路设计灵活、方便。

图5多元随机码发生器，由一个宽带噪声源11a在极宽的频率范围内产生均匀、平坦的噪声，其带宽达数十个倍频程。为此，抑制闪烁不可控噪声非常重要，故在噪声发生器件PN结二极管其管芯设置P或N扩散限流环，使击穿电压比其高，限制击穿范围直接位于P区或N区，消除结区边缘不可控微等离子区击穿，得到PN结均匀击穿抑制不可控噪声的产生。管芯衬底基片置热沉，降低结温产生稳定的噪声频谱。由于噪声产生受温度影响码元正负极性概率，串联温补二极管减少其影响。噪声管、温补管与偏置及匹配电路置于同轴腔，加恒流反偏工作在雪崩击穿区域，稳定的载流子雪崩倍增电流起伏生成随机散弹噪声，幅频呈正态分布。由微波宽带放大器11b总体带限放大，经匹配宽带过渡传输线接入n组随机码发生器11c、11d、11n产生P₁、P₂、Pn多元随机二相码元序列。n组随机码产生电路结构均同，取值互相独立。现以随机码产生器11c为例，SAW声表带通滤波器11c₁选取中心频率±ω₀，带宽B₀带限噪声码频通过缓冲放大器11c₂经电压比较器11c₃选择正负极性，在时钟信号fc₄₁控制采样保持器11c₄采样、保持输出码元，有源积分器11c₅将输出随机码反馈回电压比较器11c₃为参考门限，使其正负电平概率、脉冲占空比基本相等。

由于码元宽度取决于时钟采样周期，测距分辨力愈高要求码元脉冲愈窄，时钟频率相应也就愈高。为此，引用高速、超高速电压比较器均值比较，高速、超高速采样保持器进行码频递增采样、保持输出多元随机码，经时分编排达到检测距离越近分辨力越高提高防撞功能，所以时钟信号fc₄₁、fc₄₁、fc₄₁相应地对分段码频控制采样，产生递减关联的码元宽度。

图6时分随机码调相器，是一种冷高电子迁移率晶体管HEMT平衡推挽模式调制器，它由2组HEMT对管、4个3dBLange定向耦合器及6个电阻构成两路反射式调制器，调制电压互补控制，两组调制器输出为复数相加，矢量合成0、π二进制BPSK调相信号，输入/输出端口可互易。当1组对管栅极调制信号为正偏电压时，管子导通呈短路，使其3dBLange定向耦合器射频RF电压反射系数为负，当栅极调制信号为夹断电压时，管子沟道夹断呈开路，射频RF电压反射系数为正，反射波经3dBLange定向耦合器叠加输出对应管子通、断其相位差为0至π变化，两路反射式调制器相互抵消寄生参量引起振幅和相位的误差，获得优良的BPSK调相性能。频率合成器12输出f_N接入调相器9，时分电路10在时钟信号f_c1触发下n组随机码P₁、P₂、Pn时分编码生成n路脉冲调相多个信道。偏压经低通网络阻止射频，栅极电阻用来限流。调相射频由收/发转换开关T/R₂、T/R₃控制倍频与功放8输入/输出发射载频f₀，n组随机码接入多通道信号提取电路7脉压相关处理回波信号。

图7时分多通道信号提取电路，中放6回波信号n路脉冲在时分电路10时序异步选通门选取接入7a、7b、7n组I/Q相干检波器、低通滤波器LF、模数转换器A/D，这时，目标回波信号处理从时域转为频域，雷达目标的全部信息蕴含于中频复调制信号之中，因此，在回波信号数字化处理之前，将其中频去掉，即回波信号进行零中频的同相/正交相干检波，输出零中频基带信号。图中I/Q相干检波器分I支路和Q支路两个乘法器，频率合成器的输出fi信号接入I支路，移相π/2接入Q支路为相参的本振信号，雷达中频回波信号经同相/正交两路相干检波，进行多通道信号提取。这复调制信号被分解成实部和虚部，信号的幅度和相位两个信息都保存下来，它们分别经过LF、A/D，在横向滤波器RIF进行脉压相关处理，对回波中频信号P₁′、P₂′、Pn′脉压，其脉压系数由发射调相随机码经延迟线Z^-1相关匹配，获取尖锐的图钉函数高信噪比目标信息，经回波数据缓冲器FIFO13送入数字信号处理器DSP14。

回波数据缓冲器FIFO13将时分多通道目标检测数据先进先出存储和读取，使DSP14运算速度大为提高。双口存储器RAM可使DSP与MCU双方握手操作交换数据，每个数据在双口RAM中按字节由低到高占用，双口存储器RAM提供仲裁信号避免数据处理发生竞争。

目标回波I/Q正交相干检波和脉压相关处理复调制信号被分解成实部和虚部，信号幅度和相位两个信息都保存下来，此信号送到回波数据存储器RAM暂存，数字信号处理器DSP片内分组时分复用进行数据重排、动目标显示MTI、快速傅里叶变换FFT，距离旁瓣抑制、恒虚警处理CFAR。FFT等效于大量的距离门和多普勒滤波器组，对目标相对运动差拍的距离和速度频谱分析及距离旁瓣抑制。完成FFT运算，恒虚警电路CFAR加以处理，根据剩余杂波的强度自动调节检测门限，使虚警概率保持在允许值内，超过门限的信号作出相关信息处理，以确定是否真实目标，确实是，则对目标的距离、速度及方位角度等数据送到图像显示器，DSP14识别与本车最近距离的目标，前方无车由司机设速行驶，出现车辆时雷达测其距离和相对速度，跟踪至最近车辆，控制本车速保持安全距离，偏离安全距离声光报警，至逼近危险距离有一段可以避撞时间的距离，此时司机作出正确操作60％以上可以避撞，启用自适应控制系统智能防撞雷达，避撞不受司机心理和生理能力所限，正确率大大提高。

逼近危险距离MCU指令避障器自动避障或启动减速器、刹车器智能控制。如发生迎面相撞的险情，其时间是两车速度之和，安全距离急剧缩短，要求驾驶素质、经验更高，相应地智能防撞雷达自适应控制系统反映速度为ms级甚至μs级，比人类反映快得多，在无机械故障条件下人控是不能替代的。动目标显示MTI脉冲对消滤波识别静止车辆或其它固定物，绕道而过，其控制程序健盘预置。MCU智能控制是根据雷达测得相关数据，参考路况传感、本车速度，卫星定位传感器GPS本车所处当前位置数据作出其抉择数据处理控制执行机构，起到能见度差行驶司机不易看清楚避障功能，极大提高行驶安全。

DSP14片内分组时分复用进行流水处理、输出。运算浮点较大或通道n个数较多时可以相应采用多片DSP串/并工作。

图8光栅扫描图像显示器，坐标变换22a是将DSP14控制天线多波束转换的周期时序信号变换为二进制的数字量图像X、Y数据，并为图像存储器RAM22b提供图像信息的地址，它是采用高速乘法器矢量产生的方法实现坐标转换。图像存储器22b实质是一个大容量的随机读写RAM，其地址与图形上的像素相等，即一址一像素，适应多个路障目标复杂信息图形的显示，显示控制器22e具有显示定时、显示控制信号产生和光栅扫描、编址功能，标尺22f、字符22g及图形颜色产生器22h为图像显示提供刻度定位和文字说明的标志及色彩，辉亮电路22i和图像X-Y-Z偏转系统22j是CRT必备的电路和部件，光栅扫描产生后形成水平X、垂直Y扫描及其辉亮Z信号，加至CRT的偏转控制，通过地址选择控制器22c，扫描数据为图像RAM的读出地址，将图像信息同步读出。

光栅扫描图像显示清晰可辨，动态目标反映速度极快，多通道雷达回波信号经数字信号处理器DSP14多重运算经微控制器MCU控制，其回波信息数据存储在图像存储器RAM之中，然后在光栅扫描产生电路的同步下读出图像数据，数模转换器D/A和辉亮电路将其数据加至CRT的调辉电极上，动态显示多辆汽车、行人的方位和距离、相对变化速度的三维全景图像。

本实施例频率合成器VCO输出f_N频率19.125GHz调相，4倍频、功放76.500GHz为发射载频f₀，输出峰值功率Pt 210mw，分谐波混频本振内在4倍频接收目标回波，在车体前、后方向设置左、中、右2个线阵6波束收/发两用准光集成介质透镜天线阵列，天线水平方位角2°，垂直方位角3.1°，增益32.6dB，汽车行驶在高速公路时参考路况摄像和本车速传感信号及GPS相关数据MCU计算控制DSP按路面车道量转换波束循环扫描，警戒识别主车道危险目标，预警左车道潜在危险目标和右车道可能威胁目标，确保波束快速扫掠路面前后方向探测路障目标，扫描速率为5.12μs/Hz，时分n最大12，由12组宽带噪声码频产生多元随机码时分编码调相、脉压相关处理多目标信号，码频与带宽递增分段关联，码元宽度独立产生、时分编码，目标距离由远至近码频增高、码元宽度线性变窄，相对快速的同时检测车道多个路障目标或单个目标在多个通道中检测积累数据，目标距离越近分辨力越高，多谱勒频移越大，三维图像细节分辨越清楚，DSP抑制虚警识别与本车最近距离的目标，偏离安全距离声光报警，逼近危险距离MCU指令避障器自动避障或启动减速、刹车智能控制，极大提高防撞性能。单稳态触发器定时t₁5.1ns，占空因子t₂66ns，其t₁与发射脉宽τ相等，中频带宽Bn 1.26GHz，噪声系数Fn 6.9dB，系统损耗Ls和大气传播损耗Latm 4.8dB，信噪比(S_o/N_o)1min 13.7dB，路障目标为大巴、卡车雷达最大检测距离Rmax155m，中巴、轿车125m，摩托车、电动车、自行车65m，行人50m，最小检测路障目标距离Rmin1m左右，最近目标识别时间＜120μs，角度分辨力≤1°，距离分辨力≤1m，速度分辨力＜1.4km/h，自动刹车机电延时＜10ms，本车时速145km/h在平坦道路能紧急制动。