關于汽車防撞雷達系統虛警的探討

摘要：隨著公路建設的高速發展，交通事故的預防越來越引起人們的廣泛關注，汽車防撞雷達是減少公路撞車事故、改善交通安全狀況的有效途徑之一，本文對汽車防撞雷達系統中虛警問題進行探討。

關鍵詞：汽車防撞雷達系統；方位角；雙套天線

【中圖分類號】 TN958 【文獻標識碼】 B【文章編號】 1671-1297（2012）09-0283-01

雷達技術自上世紀中后期被引入到汽車防撞領域以來，由于其探測范圍較大并且能夠全天候工作，因此汽車防撞雷達是汽車防撞裝置的首選方式。

一 汽車防撞雷達系統的類型

汽車防撞雷達從功能上大致可以分為兩種類型：防接近系統和防追尾系統。防接近系統主要是針對汽車的兩側和尾部的碰撞告警，而防追尾系統則針對本車前方的潛在危險進行預警。汽車在行駛的過程中，有時需要變化車道，車輛之間難免會發生側掛事故，汽車防接近系統則可以對本車兩側的其他車輛進行預警，有很大的實用價值。汽車之間的相撞主要是前后車間的追尾事故，防追尾系統能夠在前后兩車距離一定值時進行告警，從而提醒駕駛員即使做出反應。這兩種防撞系統都是行車安全的重要保障，尤以防追尾系統最為重要，汽車防追尾系統的發展目標可以分為兩個步驟。

第一步只實現告警功能，也就是當系統發現本車前方一定距離以內存在障礙物時立即進行聲光報警，至于具體的防撞措施則由駕駛員自己視情況操作，這是汽車防撞雷達在當前技術條件下應該達到的目標。

第二步就是實現汽車的智能巡航，也就是將汽車的防撞雷達和制動系統結合起來，在汽車有碰撞危險的情況下自動剎車或改變行駛方向，保證行車安全，這是汽車防撞雷達未來的發展方向，不過在現有的技術條件下很難實現。本課題研究的汽車防撞雷達是防追尾系統，在汽車行駛時通過對前方的車輛和其他障礙物進行探測從而為本車提供預警信息，只實現告警功能而不能進行智能巡航。

二 汽車防撞雷達工作環境的探討

汽車防撞雷達工作環境可分為非高速公路環境和高速公路環境，不同的環境對潛在危險的考量方式存在差異。在非高速公路環境中，汽車行使速度較慢，對測速范圍要求相對較小，但存在相向行駛車輛的可能性以及危險目標速度為負（以本車行駛方向為正）的情況，因此在信號處理過程中就不能把速度為負的預警視為虛警；而在高速公路環境中，由于隔離帶的作用，幾乎不存在與本車相向而行的潛在危險車輛，隔離帶同側的所有車輛都向一個方向行駛，信號處理就可以把速度為負的預警視為虛警，不過在這種情況下的車速通常較快，測速范圍相對較大。因此，采用通過人機接口輸入工作環境的方式，來降低虛警率。

三 降低虛警率的探討

目前研制的汽車防撞雷達系統具有如下特點：雷達掃描方位角的覆蓋范圍比較大，一般達到 10°-20°，探測距離通常在 100m-200m，掃描方位角的探測區域遠大于一個車道的寬度，但本車所面對的主要威脅區域相對較小，只是本車正前方區域，也就是本車行駛的車道。由于雷達波束掃描范圍比較大，公路兩旁的護欄、樹木、甚至是山體也有可能進入雷達掃描范圍，造成虛警。

在高速公路上行駛的汽車，絕大多數時候都行駛在本車道上，只有需要超車等少數情況時才占用其他車道，因此位于本車道前方的汽車才是主要潛在危險，與相鄰車道上的汽車發生碰撞的可能性則要小得多。通過圖 1可以得到，當雷達最大作用距離為 150m、方位角波束為 2°時，雷達方位角波束寬度為 5.235m，具體計算過程如下：

L=2×R×sinα2=5.235m 式中，L 為雷達方位角覆蓋范圍，R 為雷達最大作用距離，α 為雷達方位角波束。

具有最大波束寬度為 5.235m 的雷達方位角主要有兩點是設計中的因素：

1.比一條車道寬度（在高速公路中這個值是 7m）更窄，確保了只能掃描到本車道，抑制了虛警率。

2.比大型公共汽車車寬（通常情況下小于 2.5m）更寬，而大型公共汽車車寬又大于一般車輛，因此可以兼顧有效性和普遍性。不過這種設計也存在缺陷，主要問題有以下三點：第一，前車偏離雷達掃描方位角中心線時目標照射不完全；第二，相臨車道上的汽車存在突然駛入本車車道的可能；第三，彎道時系統將會出現探測盲區。雖然小的雷達方位角能夠大大減少虛警率，卻存在探測信息不足的缺點。因此，足夠大的方位角是行車安全的重要保障。而當汽車工作在非高速公路環境時，彎道更多，情況更復雜，大的方位角覆蓋范圍更是必不可少的。

綜合上述兩方面考慮，為了在小的虛警率和大的檢測面之間求得平衡，針對汽車防撞雷達采用雙套天線的探測方式，即只用于探測本車道（直道）或本車正前方（彎道）區域的天線 1 和用于掃描本車前方大范圍區域的天線 2。對于天線 1，由于其探測區域只有本車道（直道）或本車正前方（彎道），所以將其探測的回波直接視為主要威脅，比如位于本車道的行駛或停止的車輛以及本車正前方的彎道或山石；對于天線 2，由于其波束覆蓋區域比較大，需對其回波信號進行相應的信號處理以提取出有用的目標信息，降低虛警。雙套天線汽車防撞雷達的使用例子如圖2所示，汽車正駛向公路拐彎處。天線 1 探測到本車正前方的彎道信息，將其視為主要的碰撞威脅向本車發出警報。而天線 2 掃描范圍比較大，相鄰車道和彎道上行駛車輛以及公路護欄都在其覆蓋范圍之內，雜波干擾相對強得多，則應對其覆蓋范圍內的信號進行甄別，通過MTI/MTD 的方式從固定雜波中檢測出運動車輛，將其作為次要威脅信號提供給駕駛員作為參考。

作者簡介： 郭斌峰，（1977.03—），河南安陽人，鄭州華信學院機電工程學院教師，工程師，從事汽車專業教學工作。研究方向汽車電子控制。