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試論降雨對汽車(chē)防撞雷達系統性能的影響論文
隨著(zhù)我國高速公路事業(yè)的迅速發(fā)展，路網(wǎng)效應逐步顯現，高速公路在客貨運交通中的優(yōu)勢地位日漸明朗。然而與此同時(shí)，因雨霧等惡劣天氣引發(fā)的高速公路交通事故也在不斷增加。降雨對行車(chē)安全的影響主要表現在3個(gè)方面：1)嚴重影響行車(chē)能見(jiàn)度;2)影響道路附著(zhù)系數;3)嚴重影響通行效率。汽車(chē)防撞技術(shù)是通過(guò)對道路環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，以便在危險目標出現的情況下，能夠輔助駕駛人員進(jìn)行應急處理，可以有效避免事故發(fā)生，對整個(gè)公路交通的安全起到至關(guān)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(huì )造成測量誤差，也無(wú)法滿(mǎn)足全天候工作需求。因此，研究降雨對汽車(chē)防撞雷達系統性能的影響，為設計合理的信號處理算法打下基礎，減小不同降雨率對通行能力和運行車(chē)速的影響，同時(shí)降低惡劣天氣下的車(chē)禍發(fā)生率。
近年來(lái)，有關(guān)脈沖信號在連續介質(zhì)(湍流、電離層等)和離散隨機介質(zhì)(雨、霧等水凝物)中的傳播理論研究倍受關(guān)注，但卻很少涉及到對連續波在離散隨機介質(zhì)中傳播理論的研究。而連續波體制卻是汽車(chē)防撞雷達系統的常用體制，因其結構簡(jiǎn)單、成本較低、信號處理簡(jiǎn)易、分辨率高等特性被廣泛應用于車(chē)載雷達系統。鑒于此，提出三角調頻連續波在雨介質(zhì)中的傳輸模型，并對其進(jìn)行仿真分析，為提高降雨條件下汽車(chē)防撞雷達系統的性能提供理論依據和技術(shù)支撐。
1 雨的物理特性
1.1 水的介電特性
液態(tài)水的復介電特性是研究降雨傳播特性的重
要參數，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(chē)載雷達工作頻段為24、35、66、77GHz，針對以上4個(gè)頻段進(jìn)行研究。雨滴半徑通常介于0.05～4mm，半徑大于4mm 的雨滴具有不穩定性，在下降過(guò)程會(huì )發(fā)生破裂。半徑小于1mm的雨滴大多為球形，對于更大半徑的雨滴，其形狀為底部有一凹槽的扁橢球形。由于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(shí)，雨滴溫度取20℃，折射率應用Ray公式。根據，分別計算汽車(chē)雷達常用的工作頻段的消光系數與雨滴半徑a之間的關(guān)系。隨著(zhù)頻率的增加，小雨滴的散射效應越來(lái)越大，即歸一化的衰減截面增加得越來(lái)越快。同一頻率時(shí)，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(shí)，開(kāi)始出現震蕩現象并逐步減小。根據計算單個(gè)雨滴的后向散射系數可看出，隨著(zhù)頻率的增加，后向散射效應在小雨滴時(shí)增加得快，震蕩的峰值降低，對于同一頻率，隨著(zhù)半徑的增大，震蕩現象逐步減弱。
1.3 雨滴衰減
一般情況下，降雨對低頻段的信號衰減比較小，對于10GHz以上的頻段，雨衰減的影響就非常明顯，并且隨著(zhù)頻率的增高，雨衰減越來(lái)越嚴重。
2 降雨對FMCW 車(chē)載防撞雷達系統的影響
2.1 系統發(fā)射信號模型
FMCW 體制的調制信號頻率與時(shí)間呈線(xiàn)性關(guān)系并具有周期性，一般采用三角波對其進(jìn)行調制。
3 結束語(yǔ)
利用降雨環(huán)境下的微波傳輸理論，通過(guò)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(zhì)中的傳輸模型，并對其進(jìn)行了仿真分析。仿真結果表明，在降雨環(huán)境下，由降雨引起的回波信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(shí)，有用信號將被強雨雜波淹沒(méi)，LFMCW 雷達會(huì )失去距離檢測能力，但只要找到合理的應對之法，汽車(chē)防撞雷達系統在惡劣的氣象條件下依然可以發(fā)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信號進(jìn)行研究，提出合理的信號處理算法，以滿(mǎn)足汽車(chē)防撞雷達系統全天候工作需求。
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