关于汽车防撞雷达系统虚警的探讨

摘要：随着公路建设的高速发展，交通事故的预防越来越引起人们的广泛关注，汽车防撞雷达是减少公路撞车事故、改善交通安全状况的有效途径之一，本文对汽车防撞雷达系统中虚警问题进行探讨。

关键词：汽车防撞雷达系统；方位角；双套天线

【中图分类号】 TN958 【文献标识码】 B【文章编号】 1671-1297（2012）09-0283-01

雷达技术自上世纪中后期被引入到汽车防撞领域以来，由于其探测范围较大并且能够全天候工作，因此汽车防撞雷达是汽车防撞装置的首选方式。

一 汽车防撞雷达系统的类型

汽车防撞雷达从功能上大致可以分为两种类型：防接近系统和防追尾系统。防接近系统主要是针对汽车的两侧和尾部的碰撞告警，而防追尾系统则针对本车前方的潜在危险进行预警。汽车在行驶的过程中，有时需要变化车道，车辆之间难免会发生侧挂事故，汽车防接近系统则可以对本车两侧的其他车辆进行预警，有很大的实用价值。汽车之间的相撞主要是前后车间的追尾事故，防追尾系统能够在前后两车距离一定值时进行告警，从而提醒驾驶员即使做出反应。这两种防撞系统都是行车安全的重要保障，尤以防追尾系统最为重要，汽车防追尾系统的发展目标可以分为两个步骤。

第一步只实现告警功能，也就是当系统发现本车前方一定距离以内存在障碍物时立即进行声光报警，至于具体的防撞措施则由驾驶员自己视情况操作，这是汽车防撞雷达在当前技术条件下应该达到的目标。

第二步就是实现汽车的智能巡航，也就是将汽车的防撞雷达和制动系统结合起来，在汽车有碰撞危险的情况下自动刹车或改变行驶方向，保证行车安全，这是汽车防撞雷达未来的发展方向，不过在现有的技术条件下很难实现。本课题研究的汽车防撞雷达是防追尾系统，在汽车行驶时通过对前方的车辆和其他障碍物进行探测从而为本车提供预警信息，只实现告警功能而不能进行智能巡航。

二 汽车防撞雷达工作环境的探讨

汽车防撞雷达工作环境可分为非高速公路环境和高速公路环境，不同的环境对潜在危险的考量方式存在差异。在非高速公路环境中，汽车行使速度较慢，对测速范围要求相对较小，但存在相向行驶车辆的可能性以及危险目标速度为负（以本车行驶方向为正）的情况，因此在信号处理过程中就不能把速度为负的预警视为虚警；而在高速公路环境中，由于隔离带的作用，几乎不存在与本车相向而行的潜在危险车辆，隔离带同侧的所有车辆都向一个方向行驶，信号处理就可以把速度为负的预警视为虚警，不过在这种情况下的车速通常较快，测速范围相对较大。因此，采用通过人机接口输入工作环境的方式，来降低虚警率。

三 降低虚警率的探讨

目前研制的汽车防撞雷达系统具有如下特点：雷达扫描方位角的覆盖范围比较大，一般达到 10°-20°，探测距离通常在 100m-200m，扫描方位角的探测区域远大于一个车道的宽度，但本车所面对的主要威胁区域相对较小，只是本车正前方区域，也就是本车行驶的车道。由于雷达波束扫描范围比较大，公路两旁的护栏、树木、甚至是山体也有可能进入雷达扫描范围，造成虚警。

在高速公路上行驶的汽车，绝大多数时候都行驶在本车道上，只有需要超车等少数情况时才占用其他车道，因此位于本车道前方的汽车才是主要潜在危险，与相邻车道上的汽车发生碰撞的可能性则要小得多。通过图 1可以得到，当雷达最大作用距离为 150m、方位角波束为 2°时，雷达方位角波束宽度为 5.235m，具体计算过程如下：

L=2×R×sinα2=5.235m 式中，L 为雷达方位角覆盖范围，R 为雷达最大作用距离，α 为雷达方位角波束。

具有最大波束宽度为 5.235m 的雷达方位角主要有两点是设计中的因素：

1.比一条车道宽度（在高速公路中这个值是 7m）更窄，确保了只能扫描到本车道，抑制了虚警率。

2.比大型公共汽车车宽（通常情况下小于 2.5m）更宽，而大型公共汽车车宽又大于一般车辆，因此可以兼顾有效性和普遍性。不过这种设计也存在缺陷，主要问题有以下三点：第一，前车偏离雷达扫描方位角中心线时目标照射不完全；第二，相临车道上的汽车存在突然驶入本车车道的可能；第三，弯道时系统将会出现探测盲区。虽然小的雷达方位角能够大大减少虚警率，却存在探测信息不足的缺点。因此，足够大的方位角是行车安全的重要保障。而当汽车工作在非高速公路环境时，弯道更多，情况更复杂，大的方位角覆盖范围更是必不可少的。

综合上述两方面考虑，为了在小的虚警率和大的检测面之间求得平衡，针对汽车防撞雷达采用双套天线的探测方式，即只用于探测本车道（直道）或本车正前方（弯道）区域的天线 1 和用于扫描本车前方大范围区域的天线 2。对于天线 1，由于其探测区域只有本车道（直道）或本车正前方（弯道），所以将其探测的回波直接视为主要威胁，比如位于本车道的行驶或停止的车辆以及本车正前方的弯道或山石；对于天线 2，由于其波束覆盖区域比较大，需对其回波信号进行相应的信号处理以提取出有用的目标信息，降低虚警。双套天线汽车防撞雷达的使用例子如图2所示，汽车正驶向公路拐弯处。天线 1 探测到本车正前方的弯道信息，将其视为主要的碰撞威胁向本车发出警报。而天线 2 扫描范围比较大，相邻车道和弯道上行驶车辆以及公路护栏都在其覆盖范围之内，杂波干扰相对强得多，则应对其覆盖范围内的信号进行甄别，通过MTI/MTD 的方式从固定杂波中检测出运动车辆，将其作为次要威胁信号提供给驾驶员作为参考。

作者简介： 郭斌峰，（1977.03—），河南安阳人，郑州华信学院机电工程学院教师，工程师，从事汽车专业教学工作。研究方向汽车电子控制。