智慧交通系統(tǒng)應(yīng)用的車載毫米波探測與通信一體化傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種智慧交通系統(tǒng)應(yīng)用的車載毫米波探測與通信一體化的傳感器，包括毫米波源、功率放大器、毫米波發(fā)射天線、毫米波接收天線、低噪聲放大器、混頻器、開關(guān)、探測信號處理電路、通信信號處理電路、調(diào)制器、基帶、中央控制機(jī)構(gòu)。本發(fā)明兼有探測和通信功能，共用毫米波源、功率放大器、毫米波發(fā)射天線，毫米波接收天線、低噪聲放大器、混頻器等器件，使得結(jié)構(gòu)簡單緊湊，成本低廉，適用于現(xiàn)代智慧交通系統(tǒng)中的車輛防撞探測與車間、車路無線互聯(lián)。產(chǎn)品一致性高，更適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【專利說明】
智慧交通系統(tǒng)應(yīng)用的車載毫米波探測與通信一體化傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于智能交通信息采集領(lǐng)域，特別設(shè)及一種智慧交通系統(tǒng)應(yīng)用的車載毫米 波探測與通信一體化傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 從上個世紀(jì)八十年代W來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，世界各國普遍面臨著交通擁擠、 阻塞的問題，日本、美國和西歐等發(fā)達(dá)國家競相投入大量資金和人力，開始大規(guī)模地進(jìn)行道 路交通運(yùn)輸智能化的研究試驗(yàn)。起初進(jìn)行道路智慧化功能和車輛智慧化的研究，稱為"智慧 車輛道路系統(tǒng)（Intelligent Vehicle Highway SystemsJVHS)"。隨著研究的不斷深入，系 統(tǒng)功能擴(kuò)展到道路交通運(yùn)輸?shù)娜^程及其有關(guān)服務(wù)部口，發(fā)展成為帶動整個道路交通運(yùn)輸 現(xiàn)代化的。智慧交通系統(tǒng)（Intelligent ^ansport Systems, US)"。
[0003] 智慧交通形成一個系統(tǒng)概念，起始于20世紀(jì)80年代，其中最具代表性的是美國智 慧車輛道路系統(tǒng)（IVHS，1992年）、歐洲高效安全歐洲交通計(jì)劃(PR0MET肥US，1986年）、歐洲 車輛安全道路結(jié)構(gòu)計(jì)劃(DRIVE，1989年）日本的道路交通信息通信系統(tǒng)(VICS，1995年）。它 們共同的特點(diǎn)是:將先進(jìn)的信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)通信技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子控制技 術(shù)、自動控制理論、運(yùn)籌學(xué)、人工智能等有效地綜合運(yùn)用于整個交通服務(wù)、管理與控制，從而 建立起來的一種大范圍、全方位發(fā)揮作用的實(shí)時、準(zhǔn)確、高效的運(yùn)輸綜合管理系統(tǒng)，W解決 日趨惡化的道路交通擁擠、交通事故和環(huán)境污染。
[0004] 美、歐、日是世界上經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平最高的國家和地區(qū)，也是世界上ITS開發(fā)應(yīng)用的 最好國家。從它們發(fā)展情況看，ITS的發(fā)展，已不限于解決交通擁堵、交通事故、交通污染等 問題，也成為緩解能源短缺、培育新興產(chǎn)業(yè)、增強(qiáng)國際競爭力、提升國家安全的戰(zhàn)略措施。
[0005] 作為ITS先進(jìn)傳感器技術(shù)之一的微波/毫米波傳感器，又被稱為微波/毫米波交通 檢測器，與視頻檢測等相區(qū)別。路口通常為多車道、并且具有多車輛、全天候的工作特性。在 道路智慧化方面，車流量檢測毫米波交通雷達(dá)作為主打產(chǎn)品不僅逐步占據(jù)歐美市場，而且 逐步進(jìn)入亞洲、中國市場;在車輛智慧化方面，防撞毫米波雷達(dá)作為主打產(chǎn)品在豐田、奧迪 等高檔車型系列已開始列裝，并逐步向中、低檔車型逐漸覆蓋。
[0006] 中國的ITS起步較晚，與發(fā)達(dá)國家相比還存在較大差距。1988年北京市從意大利引 進(jìn)了兩套電子監(jiān)控設(shè)備，開創(chuàng)了我國城市交通領(lǐng)域使用電子監(jiān)控設(shè)備的先河，隨后上海、沈 陽等大城市陸續(xù)從國外引進(jìn)了一些較為先進(jìn)的城市交通控制、道路監(jiān)控系統(tǒng)。二十世紀(jì)九 十年代中期W來，在科技部、交通部的組織下，我國交通運(yùn)輸界的科學(xué)家和工程技術(shù)人員開 始跟蹤ITS技術(shù)，并取得了長足進(jìn)步。1999年11月國家科學(xué)技術(shù)部批準(zhǔn)成立了國家智慧交通 系統(tǒng)工程技術(shù)研究中屯、，在交通部、科技部的組織下，該中屯、完成了 "九五"國家重點(diǎn)科技攻 關(guān)項(xiàng)目"中國智慧交通系統(tǒng)體系框架"、國家基礎(chǔ)性科研項(xiàng)目"中國ITS標(biāo)準(zhǔn)體系框架研究"、 交通部重點(diǎn)科研項(xiàng)目"智慧運(yùn)輸發(fā)展戰(zhàn)略研究"等一批關(guān)系中國ITS發(fā)展的重點(diǎn)項(xiàng)目，為我 國順利實(shí)施ITS打下了良好基礎(chǔ)。
[0007] 作為ITS先進(jìn)傳感器技術(shù)之一的微波/毫米波傳感器毫米波傳感器，在車載應(yīng)用中
[0009] 通常采取調(diào)頻(FM)雷達(dá)體制。[000引 倍咸盤貨射倍耳由用巧如下親元；
(1)
[0010] 式中，"日一載波角頻率；A O-載波角頻偏；Qm-調(diào)制角頻率。
[0011] 反射回波信號電壓可表示如下：
[0012] (2)
[OOU]式中，T 一發(fā)射信號與反射回波信號的延遲時間。
[0014] (2)式中信號的幅度、相位、頻率信息，通過信號處理與目標(biāo)識別算法，可W得到車 輛的大小、距離、速度等信息，從而進(jìn)行車輛防撞控制。
[0015] 車載毫米波雷達(dá)傳感器一般基于單一的雷達(dá)探測功能，應(yīng)用于車輛防撞，而同時 能夠?qū)崿F(xiàn)探測和通信功能的毫米波傳感器，還未出現(xiàn)。本發(fā)明的傳感與通信一體復(fù)合的毫 米波傳感器，不僅實(shí)現(xiàn)探測的功能，而且實(shí)現(xiàn)毫米波無線數(shù)據(jù)傳輸功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種結(jié)構(gòu)簡單、兼有探測和通信功能，成本低廉， 特別適用于現(xiàn)代智慧交通系統(tǒng)中的車輛防撞探測與車與車之間、車與路之間無線互聯(lián)等的 智能應(yīng)用。
[0017] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：智慧交通系統(tǒng)應(yīng)用的車載毫米波探 測與通信一體化傳感器：
[0018] 包括毫米波源1、功率放大器2、毫米波發(fā)射天線3、毫米波接收天線4、低噪聲放大 器5、混頻器6、開關(guān)7、探測信號處理電路8、通信信號處理電路9、調(diào)制器10、基帶11、中央控 制機(jī)構(gòu)12;
[0019] 調(diào)制器10、基帶11分別通過開關(guān)7連接毫米波源1;
[0020] 毫米波源1、功率放大器2、毫米波發(fā)射天線3依次相連，同時毫米波源1連接混頻器 6；
[0021] 毫米波接收天線4、低噪聲放大器5、混頻器6依次相連；
[0022] 分別與混頻器6連接的探測信號處理電路8、通信信號處理電路9均與中央控制機(jī) 構(gòu)12相連，同時中央控制機(jī)構(gòu)12與開關(guān)7相連。
[0023] 調(diào)制器10、開關(guān)7、毫米波源1、功率放大器2、毫米波發(fā)射天線3,組成實(shí)現(xiàn)探測功能 的毫米波傳感器的發(fā)射支路;毫米波接收天線4、低噪聲放大器5、混頻器6、毫米波源1、探測 信號處理電路8,組成實(shí)現(xiàn)探測功能的毫米波傳感器的接收支路;基帶11、開關(guān)7、毫米波源 1、功率放大器2、毫米波發(fā)射天線3，組成實(shí)現(xiàn)通信功能的毫米波傳感器的發(fā)射支路;毫米波 接收天線4、低噪聲放大器5、混頻器6、毫米波源1、通信信號處理電路9,組成實(shí)現(xiàn)通信功能 的毫米波傳感器的接收支路。毫米波傳感器探測與通信分時工作，二者之間不互相干擾，通 過中央控制機(jī)構(gòu)12控制開關(guān)7在調(diào)制器10和基帶11之間的切換實(shí)現(xiàn)進(jìn)行功能切換。
[0024] 進(jìn)一步地，毫米波傳感器系統(tǒng)基于各個神化嫁功能忍片，進(jìn)行了多個功能忍片的 多忍片集成，毫米波源1與功率放大器2組成傳感器的射頻發(fā)射前端，毫米波源1、低噪聲放 大器5與混頻器6組成傳感器的射頻接收前端。
[0025] 進(jìn)一步地，混頻器6為正交混頻器，輸出正交信號。
[0026] 進(jìn)一步地，毫米波發(fā)射天線3、毫米波接收天線4與毫米波傳感器的發(fā)射前端、傳感 器的接收前端為一體化集成。探測與通信功能共用傳感器射頻發(fā)射前端、傳感器射頻接收 前端、毫米波發(fā)射天線3和毫米波接收天線4。結(jié)構(gòu)更加緊湊，產(chǎn)品一致性更高，更適合大規(guī) 模生產(chǎn)。
[0027] 本發(fā)明具有W下有益效果：
[0028] 1、毫米波傳感器不僅可W通過毫米波雷達(dá)探測，實(shí)現(xiàn)車輛防撞，而且能夠通過毫 米波通信，實(shí)現(xiàn)車與車之間，車與路之間的無線互聯(lián);可W實(shí)現(xiàn)探測與通信兩種功能，是智 慧交通系統(tǒng)車載傳感器的重要手段。
[0029] 2、毫米波傳感器實(shí)現(xiàn)探測與通信功能的共用器件包括:毫米波源、功率放大器、毫 米波發(fā)射天線，毫米波接收天線、低噪聲放大器、混頻器運(yùn)些關(guān)鍵器件，同時實(shí)現(xiàn)探測與通 信功能的同時，簡化了系統(tǒng)，降低了成本；
[0030] 3、本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，天線與毫米波傳感器的前端采取一體化集成。結(jié)構(gòu) 更加緊湊，產(chǎn)品一致性更高，更適合大規(guī)模生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0031 ]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實(shí)施例與附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說 明。
[0033] 圖1為本發(fā)明的智慧交通系統(tǒng)應(yīng)用的車載毫米波探測與通信一體化傳感器。
[0034] 包括毫米波源1、功率放大器2、毫米波發(fā)射天線3、毫米波接收天線4、低噪聲放大 器5、混頻器6、開關(guān)7、探測信號處理電路8、通信信號處理電路9、調(diào)制器10、基帶11、中央控 制機(jī)構(gòu)12。
[0035] 調(diào)制器10、開關(guān)7、毫米波源1、功率放大器2、毫米波發(fā)射天線3,組成實(shí)現(xiàn)探測功能 的毫米波傳感器的發(fā)射支路;毫米波接收天線4、低噪聲放大器5、混頻器6(正交混頻器）、毫 米波源1、探測信號處理電路8,組成實(shí)現(xiàn)探測功能的毫米波傳感器的接收支路;基帶11、開 關(guān)7、毫米波源1、功率放大器2、毫米波發(fā)射天線3,組成實(shí)現(xiàn)通信功能的毫米波傳感器的發(fā) 射機(jī);毫米波接收天線4、低噪聲放大器5、混頻器6、毫米波源1、通信信號處理電路9,組成實(shí) 現(xiàn)通信功能的毫米波傳感器的接收支路。
[0036] 毫米波傳感器系統(tǒng)基于毫米波神化嫁功能忍片，進(jìn)行了多個功能忍片的多忍片級 聯(lián)技術(shù)集成，毫米波源1與功率放大器2組成傳感器的射頻發(fā)射前端，毫米波源1、低噪聲放 大器5與混頻器6組成傳感器的射頻接收前端。毫米波發(fā)射天線3、毫米波接收天線4與毫米 波傳感器前端采取一體化集成。
[0037] 毫米波傳感器探測與通信分時工作，二者之間不互相干擾，通過中央控制機(jī)構(gòu)12 控制開關(guān)7在調(diào)制器10和基帶11之間的切換實(shí)現(xiàn)進(jìn)行功能切換。
[0038] W上的實(shí)施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能W此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡 是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動，均落入本發(fā)明保護(hù)范 圍之內(nèi)。本發(fā)明未設(shè)及的技術(shù)均可通過現(xiàn)有的技術(shù)加W實(shí)現(xiàn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 智慧交通系統(tǒng)應(yīng)用的車載毫米波探測與通信一體化的傳感器，其特征在于:包括毫 米波源（1)、功率放大器(2)、毫米波發(fā)射天線（3)、毫米波接收天線(4)、低噪聲放大器(5)、 混頻器（6)、開關(guān)（7)、探測信號處理電路（8)、通信信號處理電路（9)、調(diào)制器（10)、基帶 (11)、中央控制機(jī)構(gòu)（12); 所述調(diào)制器(10)、所述基帶（11)分別通過所述開關(guān)(7)連接所述毫米波源（1); 所述毫米波源（1)、所述功率放大器(2)、所述毫米波發(fā)射天線（3)依次相連，同時所述 毫米波源（1)連接所述混頻器(6); 所述毫米波接收天線(4)、所述低噪聲放大器(5)、所述混頻器(6)依次相連； 分別與所述混頻器(6)連接的所述探測信號處理電路（8)、所述通信信號處理電路(9) 均與所述中央控制機(jī)構(gòu)（12)相連，同時所述中央控制機(jī)構(gòu)（12)與所述開關(guān)(7)相連。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于:基于砷化鎵芯片，進(jìn)行多芯片集成。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的傳感器，其特征在于:所述毫米波源（1)與所述功率放大器(2) 組成傳感器的射頻發(fā)射前端，所述毫米波源（1)、所述低噪聲放大器(5)與所述混頻器(6)組 成傳感器的射頻接收前端;所述毫米波發(fā)射天線（3)、所述毫米波接收天線(4)與所述傳感 器的射頻發(fā)射前端、所述傳感器的射頻接收前端為一體化集成。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于:所述混頻器(6)為正交混頻器，輸出正交 信號。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于:它的探測與通信功能的切換通過所述開 關(guān)(7)在所述調(diào)制器（10)和所述基帶（11)之間的切換實(shí)現(xiàn)，探測與通信功能共用所述傳感 器射頻發(fā)射前端、所述傳感器射頻接收前端、所述毫米波發(fā)射天線(3)和所述毫米波接收天 線⑷。
【文檔編號】G01S13/93GK106019282SQ201610299424
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月4日
【發(fā)明人】時翔, 李曉芳, 邢業(yè)新, 宋依青, 徐強(qiáng), 何松, 潘群, 朱宇光
【申請人】常州工學(xué)院