試論降雨對汽車防撞雷達系統性能的影響論文

隨著我國高速公路事業的迅速發展，路網效應逐步顯現，高速公路在客貨運交通中的優勢地位日漸明朗。然而與此同時，因雨霧等惡劣天氣引發的高速公路交通事故也在不斷增加。降雨對行車安全的影響主要表現在3個方面：1)嚴重影響行車能見度;2)影響道路附著係數;3)嚴重影響通行效率。汽車防撞技術是通過對道路環境進行實時監測，以便在危險目標出現的情況下，能夠輔助駕駛人員進行應急處理，可以有效避免事故發生，對整個公路交通的安全起到至關重要的作用。但如果不考慮降雨的傳播特性和雜波特性，就會造成測量誤差，也無法滿足全天候工作需求。因此，研究降雨對汽車防撞雷達系統性能的影響，為設計合理的訊號處理演算法打下基礎，減小不同降雨率對通行能力和執行車速的影響，同時降低惡劣天氣下的車禍發生率。

近年來，有關脈衝訊號在連續介質(湍流、電離層等)和離散隨機介質(雨、霧等水凝物)中的傳播理論研究倍受關注，但卻很少涉及到對連續波在離散隨機介質中傳播理論的研究。而連續波體制卻是汽車防撞雷達系統的常用體制，因其結構簡單、成本較低、訊號處理簡易、解析度高等特性被廣泛應用於車載雷達系統。鑑於此，提出三角調頻連續波在雨介質中的傳輸模型，並對其進行模擬分析，為提高降雨條件下汽車防撞雷達系統的效能提供理論依據和技術支撐。

1 雨的物理特性

1.1 水的介電特性

液態水的復介電特性是研究降雨傳播特性的重

要引數，通常用相對介電常數或折射率表示。

1.2 雨滴散射

目前常用的車載雷達工作頻段為24、35、66、77GHz，針對以上4個頻段進行研究。雨滴半徑通常介於0.05～4mm，半徑大於4mm 的雨滴具有不穩定性，在下降過程會發生破裂。半徑小於1mm的雨滴大多為球形，對於更大半徑的雨滴，其形狀為底部有一凹槽的扁橢球形。由於主要討論雨滴的衰減效應，未涉及雨滴的去極化現象，因此可把雨滴處理成球形，利用Mie理論精確求解其散射特性。

在利用Mie理論計算雨滴散射特性時，雨滴溫度取20℃，折射率應用Ray公式。根據，分別計算汽車雷達常用的工作頻段的消光係數與雨滴半徑a之間的關係。隨著頻率的增加，小雨滴的散射效應越來越大，即歸一化的衰減截面增加得越來越快。同一頻率時，較小雨滴的衰減截面隨雨滴半徑的增大而增大，當雨滴半徑增大到一定程度時，開始出現震盪現象並逐步減小。根據計算單個雨滴的後向散射係數可看出，隨著頻率的.增加，後向散射效應在小雨滴時增加得快，震盪的峰值降低，對於同一頻率，隨著半徑的增大，震盪現象逐步減弱。

1.3 雨滴衰減

一般情況下，降雨對低頻段的訊號衰減比較小，對於10GHz以上的頻段，雨衰減的影響就非常明顯，並且隨著頻率的增高，雨衰減越來越嚴重。

2 降雨對FMCW 車載防撞雷達系統的影響

2.1 系統發射訊號模型

FMCW 體制的調製訊號頻率與時間呈線性關係並具有周期性，一般採用三角波對其進行調製。

3 結束語

利用降雨環境下的微波傳輸理論，通過分析降雨在雷達主要工作頻段24、35、66、77GHz的散射和衰減特性，提出了三角調頻連續波在雨介質中的傳輸模型，並對其進行了模擬分析。模擬結果表明，在降雨環境下，由降雨引起的回波訊號衰減程度隨傳輸距離和降雨率的增大而增大，其中降雨率的影響比較明顯，當降雨率較大時，有用訊號將被強雨雜波淹沒，LFMCW 雷達會失去距離檢測能力，但只要找到合理的應對之法，汽車防撞雷達系統在惡劣的氣象條件下依然可以發揮重要作用。下一步將對如何在強雜波背景下提取有用的目標訊號進行研究，提出合理的訊號處理演算法，以滿足汽車防撞雷達系統全天候工作需求。