Оценивание дорожной обстановки вокруг транспортного средства при помощи распределенной радиолокационной системы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.14, кандидат наук Шишанов Сергей Валерьевич

• Шишанов Сергей Валерьевич
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Шишанов Сергей Валерьевич

Оглавление

Введение

Актуальность работы

Цель работы

Научная новизна работы

Методология и методы исследования

Апробация результатов работы

Положения, выносимые на защиту

Личный вклад автора

Структура и объем работы

1 Обнаружение и измерение координат объектов при помощи радара дальнего действия на основе антенной решетки с частотным сканированием луча

1.1 Радары дальнего действия для транспортных средств

1.2 Обработка сигнала в автомобильных радарах дальнего действия

1.3 Варианты построения антенных систем для автомобильных радаров

1.4 Антенны с частотным сканированием луча диаграммы направленности

1.5 Разрешающая способность по скорости и дальности системы на основе

антенной решетки с частотным сканированием луча

1.6 Энергетический потенциал системы

1.7 Точность определения координат в автомобильном радаре на основе антенной решетки с частотным сканированием луча

1.8 Экспериментальное исследование радара с линейным законом изменения частоты, работающего в диапазоне частот 150 ГГц

1.8.1 Исследование отражения от сферы

1.8.2 Исследование отражения от человека

1.9 Экспериментальное исследование автомобильного радара дальнего действия с однолучевой антенной решеткой, работающего в диапазоне частот 24 ГГц

2 Автомобильная радиолокационная система на основе системы из широкополосных приемопередающих модулей

2.1 Перспективы применения автомобильных радаров ближнего действия

2.2 Возможности создания системы радиолокационного кругового обзора для транспортных средств

2.3 Принцип построения системы кругового обзора для транспортного средства на основе из широкополосных приемопередающих модулей

2.4 Методы определения координат

2.5 Точность определения координат

2.6 Алгоритм устранения неоднозначности измерения координат в многоцелевой обстановке

2.7 Способ снижения вычислительной сложности алгоритма идентификации отметок

2.8 Экспериментальное исследование методов определения координат

2.8.1 Исследование точности измерения координат

2.8.2 Исследование зависимости точности определения координат целей от расстояния между приемными позициями

2.8.3 Исследование зависимости точности измерения координат от ширины спектра частот сигнала

2.8.4 Исследование зависимости точности измерения координат от положения цели

3 Автомобильный радар для определения размеров объектов на дороге по направлению движения

3.1 Математическая модель распределенной цели

3.2 Способ оценки геометрических размеров объектов

3.3 Способ определения высоты объектов, основанный на оценке дальностей до обнаруженных блестящих точек

3.4 Алгоритм определения геометрических размеров объекта в пространстве, основанный на оценке дальностей до обнаруженных блестящих точек

3.4.1 Методы определения координат объекта в пространстве

3.4.2 Точность определения геометрических размеров объекта

3.5 Экспериментальное исследование геометрических методов оценки высоты объекта

3.5.1 Экспериментальное исследования геометрических методов оценки высоты сферы и уголкового отражателя

3.5.2 Экспериментальное исследование зависимости точности оценки высоты уголкового отражателя при различной его высоте

3.5.3 Экспериментальное исследование зависимости точности оценки высоты отражателя при различной ширине спектра частот сигнала

3.5.4 Экспериментальное исследование отражения от манекена головы

3.6 Экспериментальное исследование отражения от манекена человека

Список сокращений и условных обозначений

Список литературы

Приложение. Акты внедрения научных результатов

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценивание дорожной обстановки вокруг транспортного средства при помощи распределенной радиолокационной системы»

Актуальность работы

В начале 20 века начался бум развития автомобилестроения. За 90 лет ХХ столетия в мире выпущено около 1300000000 автомобилей. Каждый год с конвейеров заводов выходит более 80000000 автомобилей, и эта цифра увеличивается с каждым годом [1]. По данным WorldBankGroup в Европе, Японии и США приходится по 700 автомобилей на 1000 человек. В России на 1000 человек приходится 317 автомобилей [2].

Каждый год в мире в авариях погибает 1,2 миллиона человек. Более 50 миллионов получают травмы и увечья [1]. В Европейском регионе по данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ) автомобильные аварии уносят жизни около 350 человек в день или свыше 127 тысяч человек в год, что сопоставимо с гибелью населения среднего по размерам города. С каждым годом эта цифра увеличивается. По данным американского агентства NHTSA в 90% случаях дорожно-транспортные происшествия (ДТП) происходят по вине водителя [1]. Основными причинами ДТП являются усталость водителя, нарушение правил дорожного движения, отвлечение на общение с пассажиром или на разговор по мобильному телефону и т.д.

Для предотвращения летальных исходов в начале 50-х годов 20 века на автомобилях начали применять пассивные системы безопасности, такие как ремень безопасности и подушки безопасности.

В настоящее время усилия автомобильной промышленности направлены на достижение нулевого показателя летальных исходов в автомобильных авариях [3]. В связи с этим в автомобилестроении пассивные системы безопасности дополняются активными системами, которые позволяют избежать опасных ситуаций путем вмешательства в управление автомобилем [4, 5, 6]. К активным системам относятся системы помощи водителю (ADAS) такие как радиолокационные и ультразвуковые датчики, лидары, видеокамеры [2, 7]. Главный недостаток лидаров - чувствительность к изменению рельефа дороги (лучи могут отражаться от поверхности дороги и искажать информацию). Эффективность лидара и видеокамер снижается в плохих погодных условиях (дождь, снег, туман), а также при загрязнении датчика. Ультра-

звуковые датчики имеют ограниченную дальность действия (около 2-3 метров) и используются в основном в системах помощи при парковке [5].

В 2005 году Федеральной комиссией связи (ФКС) в Соединенных Штатах Америки и Министерством внутренних дел и связи (MIC) Японии для автомобильных радаров была выделена полоса 76-77 ГГц. В октябре 2005 года Европейский институт телекоммуникационных стандартов принял европейские стандарты для автомобильных радаров, работающих в полосе 76-77 ГГц (ETSI EN 301 091). В октябре 2010 года Российская Федерация определила полосу 76-77 ГГц для автомобильных радаров [8].

Принято считать, что время реакции водителя составляет 1 с. За этот промежуток времени автомобиль, двигаясь со скоростью 60 км/ч, преодолеет расстояние около 16,7 м. Системы предупреждения столкновений обнаруживают объекты на дальностях от 30 м до 300 м и способны за доли секунды принять решение о дальнейших действиях.

Автомобильные радары классифицируются на две категории: на радары ближнего действия (до 30 м) для обнаружения объектов вне зоны видимости водителя (BSD), помощи при смене ряда движения (LCA) и предупреждение об объектах, движущихся в поперечном направлении сзади (RTCA) и радары дальнего действия (до 300 м) для адаптивного автоматического поддержания скорости (ACC) и предотвращения столкновений (СА) [1, 4, 9].Основными производителями автомобильных радаров являются фирмы Bosch, Denso, Hitachi, Mitsubishi, Delphi, Infineon, Continental.

Автомобильные радары постоянно совершенствуются для получения более высокой разрешающей способности и дальности действия [1, 3, 4]. Текущие исследования в области автомобильных радаров направлены на разработку нового поколения систем, которые будут установлены на транспортных средствах для повышения безопасности движения [10]. Такие системы позволят с высоким разрешением в режиме реального времени контролировать окружающие объекты и принимать решения о соответствующих действиях в опасных ситуациях. Основные направления исследовательской деятельности: определение положения в горизонтальной плоско-

сти объектов впереди и вокруг транспортного средства, и измерение их размеров в вертикальной плоскости.

Последние исследования доказывают, что применение в автомобилях систем обнаружения столкновений, предупреждения о смене полосы движения, адаптивный круиз-контроль и системы автономного экстренного торможения позволяют сократить количество ДТП [1, 4]. Если несчастный случай неизбежен, современные функции безопасности, такие как подушки безопасности и интеллектуальные ремни безопасности, помогают свести к минимуму травмы. Такие технологии делают автомобили более безопасными для водителей и пассажиров, но не повышают сохранность транспортного средства и не уменьшают вероятность травм пешеходов. Поэтому обнаружение пешеходов (и животных) является следующим шагом в автомобильной безопасности, особенно с учетом новых стандартов EuroNCAP, которые будут оценивать автомобили на их способность препятствовать травмированию пешеходов [11].

Исследованиями, связанными с задачами, поставленными в диссертации, занимаются как в нашей стране, так и за рубежом. Одной из задач, которые решаются при проектировании автомобильных радаров, является формирование радиолокационного изображения, позволяющего определить так называемый «коридор безопасности» при движении автомобиля [12 - 15]. Для решения этой задачи радар должен обладать высокой разрешающей способностью по азимуту (около 1°), что связано с необходимостью применения антенны с большим раскрывом. В то же время традиционный подход к размещению радара на автомобиле связан с довольно жесткими требованиями к габаритным размерам устройства. По этой причине выпускаемые серийно радары дальнего действия имеют антенну с шириной ДН около 2 - 3° [1, 2]. При этом решаемыми задачами в основном являются обнаружение и определение координат объектов, таких как автомобили, пешеходы, объекты дорожной инфраструктуры и т.д [1 - 7]. В настоящее время основными направлениями исследований является создание радаров дальнего действия на основе различных типов антенн и радаров ближнего действия на основе широкополосных приемопередающих (ШП) модулей [1, 3, 6].

В автомобильных радарах дальнего действия обычно используют передающую антенну, излучающую сигнал в заданном секторе углов, а азимут цели определяется с помощью приемной антенны, у которой формируется либо одновременно несколько парциальных лучей диаграммы направленности, перекрывающих одновременно весь сектор обзора, либо один луч, сканирующий заданный сектор обзора. В статьях[16 - 18] предлагается использовать антенну с шириной луча ДН 3 - 4°, состоящую антенной решетки и диэлектрической линзы. В статье [19] предлагается объединить антенные решетки для радара дальнего и ближнего действия, переключаясь между ними. В результате уменьшается стоимость и габариты устройства. Азимут цели предлагается определять по максимальному отклику в одном из лучей. Применяется как вариант с последовательным переключением между лучами [19], так и обработка всех лучей одновременно [16 - 18]. В последнем случае для уточнения азимута может применяться моноимпульсный метод. В статье [20] предлагается использовать антенную решетку, состоящую из 4 подрешеток, каждая из которых имеет собственный смеситель, усилитель и АЦП. Для управления направлением луча ДН управляемые цифровые фазовращатели. В статье [21] предложен вариант антенной решетки (АР) с электронным сканированием лучом диаграммы направленности (ДН). Используется 16 элементная антенная решетка с фазовращателями. При изменении фазы каждого элемента решетки изменяется направление луча диаграммы направленности антенны. Азимут цели определяется по максимальному отклику в одном из положений луча диаграммы направленности антенны. Недостатком указанных подходов к построению антенной решетки является необходимость применения большого количества управляемых фазовращателей и приемных каналов, что приводит к усложнению системы цифровой обработки сигналов и увеличению стоимости автомобильного радара. В то же время стоимость радара, устанавливаемого на серийно выпускаемые автомобили, не должна составлять значительную часть его общей стоимости. Учитывая то, что в ближайшей перспективе (к 2019 году) отечественные автопроизводители планируют начать выпуск автомобилей с интеллектуальными системами помощи водителю на базе радаров, требования к соот-

ношению потребительских качеств последних и их стоимости становятся ключевыми требованиями.

Автомобильные радары ближнего действия могут строиться на основе широкополосных (ШП) радаров [3, 6]. ШП радиолокационные системы обеспечивают высокую разрешающую способность по дальности и точность измерения дальности целей [22 - 25]. Это играет определяющую роль при построении систем ближнего действия, в задачи которых входит обнаружение и определение координат объектов. Для автомобильных радаров ближнего действия обычно используют слабонаправленные антенны [26]. Обычно автомобильные радары ближнего действия определяют только дальность до обнаруженных объектов [1, 3, 4, 6]. Для определения координат обнаруженных объектов в статье [27] предлагается использовать антенную решетку, состоящую из нескольких ШП модулей, и определять азимут обнаруженной цели моноимпульсным методом. Недостатком применения данного подхода является то, что точность измерения координат предлагаемым радаром составляет около единиц метров.

В работах [12 - 15] предлагается использовать панорамный радиолокатор для обнаружения объектов в пределах «коридора безопасности», измерения расстояния и скорости сближения с опасными объектами в условиях ограниченной видимости. С его помощью предлагается определять местоположение автомобиля относительно границ дороги и выводить на экран монитора объекты дорожной инфраструктуры и других участников движения.

В последние годы много работ было посвящено распознаванию пешеходов с использованием автомобильных радаров [28 - 32]. Общий подход к распознаванию основан на построении дальностного портрета объекта, с последующим использованием алгоритмов классификации [29]. В работах [28, 30] с помощью доплеровской РЛС с центральной частотой сигнала 24 ГГц исследовано движение человека и предложен способ идентификации пешеходов на ее основе. В работах [ 31, 32] распознавание пешеходов основано на пространственном распределении сигнала и до-плеровского сдвига частоты. При оптимальных условиях могут быть правильно классифицированы более 95% пешеходов.

Наличие информации о высоте, расстоянии и азимутальном положении объекта значительно повысит надежность распознавания различных дорожных объектов, в том числе пешеходов.

Цель работы

Целью работы является разработка радиолокационной системы кругового обзора транспортного средства, обеспечивающей получение информации об обнаруженных объектах, которая может затем использоваться для выработки решений об изменении курса и скорости транспортного средства с целью повышения безопасности движения в условиях ограниченной видимости.

Научная новизна работы

1) Предложен способ построения и рассчитаны характеристики радиолокационной системы дальнего действия для транспортных средств на базе антенной решетки с частотным сканированием луча, которая, в отличие от известных способов построения автомобильных радаров, позволяет упростить конструкцию системы диаграммообразования и процедуру измерения угловой координаты объектов.

2) Предложен способ построения радиолокационной системы кругового обзора на основе независимых широкополосных приемопередающих модулей со слабонаправленными антеннами, расположенных по периметру транспортного средства, которая, в отличие от известных систем, позволяет не только определять дальность до обнаруженных объектов вокруг транспортного средства, но и оценивать их координаты.

3) Разработан новый алгоритм устранения неоднозначности определения координат объектов вокруг транспортного средства в многоцелевой обстановке для радиолокационной системы, построенной на базе распределенных по корпусу транспортного средства широкополосных приемопередающих модулей, в котором, в отличие от известных алгоритмов, используются измерения координат, полученные различными методами, и двух-этапная обработка, основанная на использовании измерений, полученных несколькими приемопередающими модулями, в область действия которых

попадает цель, с последующей вторичной обработкой полученных результатов.

4) Предложен алгоритм расчета размера строба для привязки отметок в точках, который, в отличие от известных алгоритмов, учитывает не только среднеквадратическое отклонение ошибок измерения координат, но и коэффициент корреляции между измерениями координат, полученными различными методами.

5) Предложен способ оценки геометрических размеров объектов впереди транспортного средства, который, в отличие от известных способов, использующих антенные решетки с формированием лучей в двух плоскостях, предполагает применение распределенной системы из широкополосных приемопередающих модулей, расположенных в передней части транспортного средства, что позволяет повысить точность измерений.

Теоретическая значимость работы заключается в следующем:

1) Аналитически рассчитана потенциальная точность определения координат и параметров движения цели в автомобильном радаре дальнего действия построенном на основе антенной решетки с частотным сканированием луча.

2) Аналитически рассчитана точность определения координат целей в автомобильном радаре ближнего действия, построенном на основе широкополосных приемопередающих модулях, при использовании в качестве первичных параметров измерения временных задержек отраженных от цели сигналов.

3) Аналитически рассчитана точность определения геометрических размеров объектов в автомобильном радаре, построенном на основе широкополосных приемопередающих модулях, при использовании в качестве первичных параметров измерения временных задержек отраженных от цели сигналов.

Практическая значимость работы заключается в следующем:

1) Проведен расчет параметров антенной решетки с частотным сканированием луча, обеспечивающей сканирование в угловом секторе до 30° и разрешающую способность по дальности 1,5 м.

2) Проведено сравнение точности определения координат объектов различными методами по измерениям дальностей, получаемым при помощи размещенных по периметру транспортного средства ШП приемопередающих модулей, в зависимости от расстояния между приемными позициями и положения объекта. Сформулированы рекомендации в отношении способов размещения ШП приемопередающих позиций.

3) Проанализирована зависимость коэффициента корреляции между измерениями координат различными методами в зависимости от местоположения цели.

4) Разработан способ уменьшения вычислительной сложности алгоритма устранения неоднозначности измерения координат объектов в многоцелевой обстановке.

5) Разработана программная реализация алгоритмов определения координат объектов распределенной радиолокационной системой транспортного средства, получены статистические оценки характеристик системы.

6) На основе выполненного сравнительного анализа методов оценивания геометрических размеров объектов впереди транспортного средства даны рекомендации в отношении способов размещения элементов системы.

Методология и методы исследования

Теоретические результаты работы получены с использованием статистической теории обработки сигналов. Для исследования характеристик разработанных алгоритмов использовались методы математического моделирования и натурных экспериментов.

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается:

- отсутствием противоречий отдельных частных результатов с результатами,

полученными другими авторами;

- результатами математического моделирования;

- результатами натурного эксперимента.

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались на всероссийских и международных конференциях в том числе:

- XX Международной научно-технической конференции "Информационные системы и технологии" (ИСТ-2014), Н. Новгород, 18 апреля 2014. Н.Новгород, 2014.

- XXI Международной научно-технической конференции "Радиолокация, навигация, связь" (RLNC-2015), Воронеж, 14 - 16 апреля 2015.

- 94 Международной научно-технической конференции ассоциации автомобильных инженеров "Беспилотные транспортные средства: проблемы и перспективы", Н. Новгород, 18 марта 2016.

- II Научно-практической конференции "Технологии обнаружения и нейтрализации диверсионных и террористических угроз", Н. Новгород, 14 - 15 апреля 2016.

- 2017 International Automobile Scientific Forum (IASF 2017), Москва, 18 - 19 Октября 2017 г.

- The 19th International Radar Symposium, Бонн, Германия, 20 - 22 июля 2018 г.

Положения, выносимые на защиту

1) Применение антенной решетки с частотным сканированием луча, миллиметрового диапазона, для построения радиолокатора переднего обзора транспортного средства позволяет обеспечить необходимый угол сканирования (до 30°) и разрешающую способность по дальности, достаточную для автомобильных радиолокационных систем, при существенном упрощении конструкции системы диаграммообразования и алгоритма измерения угловых координат объектов по сравнению со случаем использования фазированной антенной решетки с параллельным способом возбуждения элементов.

2) Использование системы широкополосных приемопередающих модулей со слабонаправленными антеннами, расположенных по периметру транспорт-

ного средства, позволяет обнаруживать объекты на дальностях до нескольких десятков метров вокруг транспортного средства и оценивать координаты и геометрические размеры этих объектов с ошибками, не превышающими несколько сантиметров, по измерениям дальностей, полученным независимо при помощи этих модулей.

3) Применение в транспортных средствах радиолокационной системы, состоящей из радара дальнего действия на базе антенной решетки с частотным сканированием луча и системы широкополосных модулей, позволяет оценивать координаты объектов вокруг транспортного средства и может применяться в составе системы интеллектуальной помощи водителю.

4) Применение алгоритма обработки измерений, основанного на объединении измерений, полученных двумя различными методами, и последующей двухэтапной обработки, обеспечивает снижение вероятности возникновения ложных отметок.

Личный вклад автора

1) Получил оценки основных характеристик РЛС переднего обзора для транспортного средства, построенной на базе антенной решетки с частотным сканированием луча. Рассчитал требуемые параметры антенной решетки с частотным сканированием луча, работающую с диапазоне частот в диапазоне 77 ГГц, обеспечивающие заданную разрешающую способность РЛС и диапазон углов сканирования.

2) Получил оценки точности определения координат целей для РЛС, построенной на базе системы ШП приемопередающих модулей, расположенных по периметру транспортного средства.

3) Разработал программную реализацию алгоритмов определения координат в автомобильном радаре ближнего действия, построенного на базе системы широкополосных приемо-передающих модулей, исследовал методом математического моделирования и с помощью натурных экспериментов характеристики алгоритмов измерения координат.

4) Участвовал в разработке программного обеспечения для макета автомобильного радара, использовавшегося для измерения высоты объектов при проведении натурных экспериментов, проводил обработку и статистический анализ полученных экспериментальных данных.

5) Участвовал в разработке экспериментального макета автомобильного радара дальнего действия, который будет использоваться для построения системы помощи водителю.

Публикации.

Результаты исследований, выполненных в диссертации, представлены в 13 научных работах общим объемом 5,9 печатных листа, в том числе в 6 статей в научных журналах, рекомендованных ВАК РФ, 3 работах, цитируемых в базах Scopus и Web of Science, 3 в тезисах докладов научных конференций и 1 статьи в базе цитирования РИНЦ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, трех разделов и заключения. Объем диссертации составляет 166 страниц. Список использованных источников содержит 72 наименования.

Во введении обсуждается актуальность темы диссертации, новизна, теоретическая и практическая ценность полученных результатов. Сформулирована цель работы и изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе рассмотрен алгоритм обработки сигнала в автомобильном радаре дальнего действия, варианты построения антенных систем и предложен способ построения и рассчитаны характеристики автомобильного радара дальнего действия на основе антенной решетки с частотным сканированием луча.

Произведен расчет требуемой длины линии задержки между элементами антенной решетки для случая угла сканирования 30° при ширине спектра частот сигнала 1 ГГц. Произведен расчет энергетического потенциала рассматриваемой системы. Получены оценки точности определения координат и скорости цели в рассмотренной системе.

Разработанные алгоритмы первичной обработки сигнала в радаре с непрерывным сигналом были исследованы с помощью натурных экспериментов. С помощью радара с центральной частотой 150 ГГц и шириной спектра частот сигнала 5 ГГц была оценена СКО ошибок определения дальности до сферы и человека. С помощью экспериментального макета радара с центральной частотой 24 ГГц были исследованы алгоритмы первичной и вторичной обработки сигнала в автомобильном радаре дальнего действия. Экспериментальный макет был установлен на автомобиль «Москвич». Испытания показали, что радар стабильно обнаруживает легковой автомобиль на дальности до 150 м, а пешехода на дальности до 50 м.

Во втором разделе предложен способ построения системы кругового обзора на основе системы из ШП приемопередающих модулей, расположенных по периметру транспортного средства.

В разделе описывается система определения координат объектов вокруг транспортного средства, основанная на измерении дальностей независимыми приемными модулями. Предложен алгоритм уменьшения вероятности привязки ложной отметки при определении координат целей в многоцелевой обстановке. Алгоритм основан на оценке координат различными методами, и последующей двухэтапной обработкой полученных отметок. На первом этапе ложные отметки устраняются при применении измерений от всех модулей, в область обнаружения которых попадает цель. Второй этап основан на вторичной обработке полученных отметок. Вторичная обработка основана на группировке отметок с выхода первого этапа, привязке сгруппированных отметок к текущим траекториям и фильтрации координат. Показано, что применение предложенного алгоритма обработки результатов измерений позволяет сократить число ложных отметок.

Разработанные алгоритмы определения координат и разрешения отметок в многоцелевой обстановке были проверены с помощью натурных экспериментов. Исследована зависимость среднеквадратического отклонения (СКО) ошибок определения координат в зависимости от расстояния между приемными позициями, ширины спектра частот сигнала и положения цели.

В третьем разделе проведено сравнение способов оценки геометрических размеров объектов впереди транспортного средства.

В разделе проанализированы методы оценки геометрических размеров объектов, основанных на измерениях дальностей до блестящих точек обнаруженного объекта. Предложенные способы оценки геометрических размеров объектов были исследованы с помощью натурного эксперимента. Экспериментально исследована зависимость точности определения высоты объекта от расстояния между приемопередающими модулями и ширины спектра частот сигнала. Экспериментально проведено измерение высоты манекена головы человека и манекена человека с помощью разработанных методов.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

1 Обнаружение и измерение координат объектов при помощи радара дальнего действия на основе антенной решетки с частотным сканированием луча

1.1 Радары дальнего действия для транспортных средств

Первые исследования, направленные на создание радаров для транспортных средств, начались в конце 50-х годов ХХ века на центральной частоте 10 ГГц [33]. Для уменьшения размеров применяемых антенн и повышения разрешающей способности по дальности в 70-е годы XX века центральная частота автомобильных радаров была повышена до 34 ГГц и 50 ГГц. С начала 90-х годов XX века исследования в области автомобильных радаров проводятся в основном на частотах 24 ГГц и 77 ГГц. В настоящее время автомобильные радары дальнего действия используют полосу частот 76 - 77 ГГц [1 - 7, 12 - 17].

С начала развития автомобильных радаров ключевым фактором исследований было создание радаров для предотвращения столкновений [34]. Первыми коммерческими автомобильными радарами были радары дальнего действия. Такие радары используются для обнаружения целей на расстоянии от 100 до 300 м и контролируют сектор обзора в пределах 30° впереди автомобиля [9]. Системы предотвращения столкновений начали применяться в США в 90-х годах ХХ века. В 1993 году компания Greyhound установила около 1600 автомобильных радаров на своих автобусах, в результате чего добилась снижения числа аварий на 21% по сравнению с годом ранее [1]. Сегодня автомобильные радары дальнего действия применяются в автомобилях премиум класса компаниями BMW, Audi, Jaguar, Mercedes, Cadillac и другими.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Шишанов Сергей Валерьевич, 2018 год

Список литературы

1. Schneider, M. Automotive Radar - Status and Trends / M. Schneider // Proceeding of German Microwave Conference. Ulm, Germany.- 2005.- P. 144-147.

2. Сысоева, С. Актуальные технологии и применения датчиков автомобильных систем активной безопасности. Часть 1. Новые технологии и применения датчиков автомобильных систем помощи водителю [Текст] / С. Сысоева // Компоненты и технологии, 2006.- № 8.- С. 34-44.

3. 79 GHz UWB automotive short range radar - Spectrum allocation and technology trends / H.-L. Bloecher, A. Sailer, G. Rollmann, J. Dickmann // Advance in Radio Science.- 2009. - № 7.- P. 61-65.

4. Wenger J. Automotive radar-status and perspectives // Compound Semiconductor Integrated Circuit Symposium. Palm Springs, USA, 2005 P. 21-24.

5. Сысоева, С. Актуальные технологии и применения датчиков автомобильных систем активной безопасности. Часть 6. Радары [Текст] / С. Сысоева // Компоненты и технологии, 2007.- № 3.- С. 67-76.

6. Development of future short range radar technology / K.M. Strohm, H.-L. Bloecher, R. Schneider, J. Wenger // European Radar Conference. Paris, France.- 2005.-P. 165-168.

7. New Trends and Developments in Automotive System Engineering / Ed. by Prof. Marcello Chiaberge. Intech.- 2011.- 664 p.

8. Рекомендация МСЭ-RM.1452-2. Автомобильные радары для предотвращения столкновений и системы радиосвязи диапазона миллиметровых волн для применений интеллектуальных транспортных систем. Женева: Международный союз электросвязи, 2012. 9 c.

9. Implementing digital processing for automotive radar using SoC FPGAs. [Электронный ресурс]// Altera corp., 2013. URL: https: //www. altera. com/en_US/pdfs/literature/wp/wp-01183 -automotive-radar-socfpga.pdf (дата обращения: 01.03.2015).

10. Hasch, J. Driving towards 2020: Automotive radar technology trends / J. Hasch // 2015 IEEE MIT-S International Conference on Microwave for Intelligent mobility. Germany, Heidelberg.-2015.- P. 1-4,

11. European Telecommunications Standards Institute ETSI, "European Standard EN 302 288-1 Electromagnetic Compatibility and Radio Spectrum Matters (ERM); Short Range Devices; Road Transport and Traffic Telematics (RTTT); Short Range Radar Equipment Operating in the 24 ghz Range; Part 1: Technical Requirements and Methods of Measurement'', January 2012.

12. Ananenkov, A. System radiovision for movement automation of the vehicles column / A. Ananenkov and [and others] // ICTON'2014, Graz, Austria.- July 6th - 10th, Mo.D7.2.

13. Ananenkov, A. Algorithms of Processing of Radar Images in Radio Vision Systems of the Car / A. Ananenkov and [and others] // Proceeding of International Conference on Transparent Optical Networks - ICTON-MW'09, Angers, France.- 2009.

14. Шнайдер, В.Б., Исследование точности определения местоположения автомобиля относительно границ дороги // В.Б. Шнайдер, Нуждин В.М., Расторгуев В.В. // Журнал радиоэлектроники, Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова.- 2014.- №8.

15. Rastorguev, V. Radiometric Speed Sensor for Vehicles, Chapter 13, monograph "Communication in Transportation Systems" / ed. Otto Strobel. IGI Global, USA.- 2013, p. 343 - 358.- ISBN 978-1-4666-2976-9.

16. Hallbjorner, P. Low-Profile 77-GHz Lens Antenna With Array Feeder / P. Hallbjorner, Zh. He, S. Bruce, S. Cheng // Antennas and wireless propagation letters.- № 11.- 2012.- P. 205-207.

17. Imbert, M. Design and Performance Evaluation of a Dielectric Flat Lens Antenna for Millimeter-Wave Applications / M. Imbert [and others] // Antennas and wireless propagation letters.- 2015.- № 14.- P. 342-345.

18. Sudo, Sh. Field tests of a 76GHz automotive radar with the dielectric lens and SAGE algorithm / Sh. Sudo, Yo. Kuwahara, H. Kamo // The 2014 International Workshop on Antenna Technology. Sydney, Australia.- 2014.- P. 40-42.

19. Jeong, S.H. A multi-beam and multi-range radar with FMCW and digital beam forming for automotive applications / S.-H. Jeong [and others] // Progress In Electromagnetics Research.- 2012.- № 124.- P. 285-299.

20. Ku, B.-H. A High-Linearity 76-85-GHz 16-Element 8-Transmit/8-Receive Phased-Array Chip With High Isolation and Flip-Chip Packaging / B.-H. Ku [and others] // Transactions on microwave theory and techniques.- 2012.- Vol. 62 (№ 10).- P. 23372356.

21. Schmalenberg, P. A SiGe-Based 16-Channel Phased Array Radar System at W-Band for Automotive Applications / P. Schmalenberg, J. S. Lee, K. Shiozaki // Proceedings of the 43rd European Microwave Conference. Nuremberg, Germany.- 2013.- P. 1611-1614.

22. Иммореев, И. Я. Обнаружение сверхширокополосных сигналов, отраженных от сложных целей [Текст] / И. Я. Иммореев, В. С. Черняк // Радиотехника.-2008.- № 4.- С. 3-10.

23. Иммореев, И. Я. Эффективная поверхность рассеяния цели при при ее облучении сверхширокополосным сигналом [Текст] / И. Я. Иммореев. // Успехи современной радиоэлектроники.- 2009.- № 1-2.- С. 95 - 100.

24. Широкополосные и сверхширокополосные сигналы и системы [Текст] / под ред. ГриневаА.Ю.- М.: Радиотехника.- 2009.- 169 с.

25. Andriyanov, A.V. Systems for investigation of objects in space and transmission lines by using UWB signals / Andriyanov A.V., Dombek M.G. // Proc. Int. conf. on UWB technologies. IWUWBT2005. Japan.- 8-10 Dec. 2005.- P. 105-109.

26. Dominik, H. Short Range Radar - Status of UWB Sensors and their Applications / H. Dominik // Proceedings of the 4th European Radar Conference. Munich, Germany.- 2007.- P. 251-254.

27. Ohguchi, Katsuyuki79GHz Band Ultra-Wideband Automotive Radar / Katsuyu-kiOhguchi, Masayoshi Shono, Masayuki Kishida // Fujitsu Ten Technical Journal.- 2013.-№39.- P. 9-14.

28. Ritter, H. Pedestrian detection based on automotive radar / H. Ritter, H. Rohling // 2007 IET International Conference on Radar Systems. Edinburgh. UK.- 2007.- P. 1-4.

29. Waldschmitt, C. Future trends and directions in radar concerning the application for autonomous driving / C. Waldschmitt, H. Meinel // Proceedings of the 44th European Microwave Conference. Rome, Italy.- 2014.- P. 171-1722.

30. Heuel, S. Pedestrian recognition in automotive radar sensors / S. Heuel, H. Rohling // 14th International Radar Symposium (IRS). Germany, Dresden.- 2013.- Vol. 2.-P.732-739.

31. Bartsch, A. Pedestrian recognition using automotive radar sensors / A. Bartsch, F. Fitzek, R.H. Rasshofer // Advances in Radio Science.- 2012.- Vol. 10. P. 45-55.

32. Wagner, T. Modification of DBSCAN and application to range/Doppler/DoA measurements for pedestrian recognition with an automotive radar system / T. Wagner, R. Feger and A. Stelzer // 2015 European Radar Conference (EuRAD). France Paris.- 2015.-P. 269-272.

33. Kamimura, M., High performance automotive millimeter wave radar system / M. Kamimura, K. Honda, Ya. Fujita // Fujitsu Ten Technical Journal.- 1995.- № 5.- P. 19-25.

34. Estimation Techniques and Simulation Platforms for 77 GHz FMCW ACC Radars/ A. Bazzi, K. Camilla, A. Pden, Th. Chonavel, P. Galaup, F. Bodereau // EPJ manuscript. France.

35. Ramp Sequence Analysis to Resolve Multi Target Scenarios for a 77-GHz FMCW Radar Sensor / K. Pourvoyeur, R. Feger, S. Schuster, A. Stelzer, L. Maurer // 11th International Conference on Information Fusion. Cologne, Germany.- 2008.- P. 428-434.

36. Теоретические основы радиолокации. Учебное пособие для вузов [Текст] / Под ред. Я. Д. Ширмана.- М.: Сов.радио, 1970.- 560 с.

37. Радиотехнические системы. Учебник для студентов высших учебных заведений / Ю.М. Казаринов.- М.: Издательский центр «Академия», 2008.- 592 с.

38. Лезин, Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем / Ю.С. Лезин.- М.: Радио и связь, 1986.- 280 с.

39. Short Description SRR 20X /-2 /-2C /-21 Short Range Radar Sensor [Электронный ресурс]// Continental, 2012. URL:http://www.conti-on-

line.com/www/download/industrial_sensors_de_en/themes/download/srr20x_datasheet_en .pdf (дата обращения: 29.04.2017).

40. Delphi Electronically Scanning Radar [Электронный ресурс]// Delphi, 2013URL: http://www.delphi.com/docs/default-source/old-delphi-files/b87cda8b-468d-4f8e-a7a8-836c370fc2c2-pdf (дата обращения: 29.04.2017).

41. ARS 30X /-2 /-2C/-2T/-21Long Range Radar [Электронный ресурс]// Continental, 2009. URL : http://www. conti-online.com/www/download/ industri-al_sensors_de_en/themes/download/ars_300_datasheet_en.pdf (дата обращения: 29.04.2017).

42. Chassis Systems ControlLRR3: 3rd generation Long-Range Radar Sensor [Электронныйресурс]// Bocsh, 2009. URL: http://products.bosch-mobility-solutions.com/media/db_application/downloads/pdf/safety_1/en_4/lrr3_datenblatt_de_200 9.pdf(дата обращения: 29.04.2017).

43. Вендик, О.Г. Антенны с электронным движением луча. Введение в теорию [Текст] / О.Г. Вендик, М.Д. Парнес.- под ред. Л.Д. Бахраха.- М.: Радио и связь.- 250 c.

44. Марков, Г.Т. Антенны. [Текст]: учеб. для вузов / Г.Т. Марков, Д.М. Сазонов // Изд. 2-е, перераб. и доп. М., «Энергия».- 1975.- 528 с. с ил.

45. Сазонов, Д. М. Антенны и устройства СВЧ: Учеб. Для радиотехнич. спец. вузов. [Текст] / Д. М. Сазонов.- М.: Высш. шк..- 1988.- 432 с. с. ил.

46. Шишанов, С.В. Применение антенной решетки с частотным качанием луча в автомобильном радаре [Текст] / С.В. Шишанов, А.В. Мякиньков, А.А. Кузин // Датчики и системы, 2014.- № 5.- С. 31-35.

47. Шишанов, С.В. Возможности применения метода частотного качания луча диаграммы направленности антенны в автомобильном радаре [Электронный ресурс] / С.В. Шишанов, А.В.Мякиньков // Электронный сборник трудов XX-ой Международной Научно-технической конференции «Информационные системы и технологии» ИСТ-2014, Нижний Новгород, Радиотехнические системы и устройства (Секция 1).- 18 апреля 2014.- С.42-43.- 1 электрон.опт. диск (CD-ROM) : зв., цв.; 12 см.

48. Feasibility of automotive radar at frequencies beyond 100 GHz / M. Kohler, J. Hasch, H. Blocher, L. Schmidt // International Journal of Microwave and Wireless Technologies, 2013.- 5(1).- p. 49-54.

49. Сейдж, Э. Теория оценивания и ее применение в связи и управлении [Текст] / Э. Сейдж, Дж. Мелс.- Пер. с англ. под ред. проф. Б.Р. Левина. М.: Связь.-1976.- 496 с.

50. Шишанов, С.В. Погрешности измерения координат объектов автомобильным радаром с антенной решеткой и частотным качанием луча [Текст] / С.В. Шишанов, А.В.Мякиньков, А.Г. Рындык// Датчики и системы, 2015.- № 4.- С. 28-31.

51. Jasteh D., Experimental Low-Terahertz Radar Image Analysis for Automotive Terrain Sensing / D. Jasteh, E. G. Hoare, M. Cherniakov, M. Gashinova // IEEE Geos-cience and remove sensing letters.- 2016.- Vol. 13.- № 4.- P. 490 - 494.

52. Klotz M.D. An automotive short range high resolution pulse radar network. PhD dissertation. Technical University of Hamburg-Harburg. Hamburg, Germany, 2002.

53. Шишанов, С.В. Система кругового обзора для транспортных средств на основе сверхширокополосных датчиков [Текст] / С.В. Шишанов, А.В. Мякиньков // Известия высших учебных заведения России. Радиоэлектроника, 2015.- № 2.- С. 5561.

54. Шишанов, С.В. Радиолокационная система кругового обзора для транспортных средств [Текст] / С.В. Шишанов, А.В. Мякиньков // Сборник докладов XXI Международной научно-технической конференции «Радиолокация, навигация, связь» - НПФ «САКВОЕЕ», Воронеж, 2015.- 14-16 апреля (том 2).- С. 538-545.

55. Шишанов, С.В. Способ построения радиолокационной системы для интеллектуального транспортного средства [Текст] / С.В. Шишанов, А.В. Мякиньков // Беспилотные транспортные средства: проблемы и перспективы: сборник материалов 94 международной научно-технической конференции Ассоциации автомобильных инженеров / НГТУ им. Р.Е. Алексеева.- Нижний Новгород, 2016.- 72-78.

56. Ryndyk A.G. Distributed radar-based monitoring system for intelligent vehicles / A.G. Ryndyk, A.V. Myakinkov, S.V. Shishanov // 2017 International Automobile Scien-

tific Forum. Moscow, Russian Federation.- 2017.- №315, DOI: 10.1088/1757-899X/315/1/012022

57. Myakinkov A.V. The distributed radar system for monitoring the surrounding situation for the intelligent vehicle / A.V. Myakinkov, S.B. Sidorov, S.V. Shishanov, S.A. Shabalin/ The 19th International Radar Symposium, Bonn, Germany.- 2018.- P 1-8.

58. Кондратьев, В.С., Многопозиционные радиотехнические системы. Под ред. В. В. Цветнова. / В.С. Кондратьев, А.Ф. Котов, Л.Н. Марков.- М.: Радио и связь, 1986.- 264 c.

59. Черняк, В.С. Многопозиционная радиолокация [Текст] / В.С. Черняк //.М.: Радио и связь.- 1993.- 416 с.

60. Ultra-Wideband Radar Technology / Ed. by James D. Taylor. CRC Press.-USA:- 2001.- 448 p.

61. Myakinkov, A.V. Measurement of coordinates of the targets placed behind of radio-transparent barrier with multi-static ultra-wide band radar / A.V. Myakinkov, D.M. Smirnova //Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals. Sevastopol, Ukraine.- 2010.-P1-3

62. Myakinkov, A.V. Detection and coordinate measurements of target by ultra-wide band radar with antenna array / A.V. Myakinkov, D.M. Smirnova// Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals. Sevastopol, Ukraine.- 2010.- P 1-3.

63. Шишанов, С. В. Способ устранения неоднозначности измерения координат в многоцелевой обстановке для многопозиционной сверхширокополосной РЛС / С. В. Шишанов // Известия высших учебных заведения России. Радиоэлектроника, 2016.- № 5.- С. 30-34.

64. Folster F. Data association and tracking for automotive radar networks / F. Folster, H. Rohling // IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems.- 2005.-Vol. 6, №. 4. p. 370-377.

65. Multiple-Hypothesis Trilateration and Tracking with Distributed Radars / J. van Kleef, J. Bergmans, L. Kester, F. Groen, 2006 9th International Conference on Information Fusion, Florence, Italy, 10-13 July 2006, pp. 1-7.

66. Keyi Li Maneuvering Target Tracking in Constraint Coordinates with Radar Measurements / Keyi Li, Xi Chen, Gongjian Zhou // 2016 IEEE Radar Conference. Philadelphia, USA.- 2016.- P. 1-6.

67. Шишанов С.В. Измерение координат объектов в многопозиционных РЛС на основе сверхширокополосных датчиков/ С. В. Шишанов, А.В. Мякиньков // Радиотехнологии обнаружения и нейтрализации диверсионных и террористических угроз. Под ред. В.И. Есипенко // М.: Радиотехника.- 2017.- 248 с.

68. Мякиньков, А.В. Определение координат целей в многопозиционной сверхширокополосной РЛС / А.В. Мякиньков, Д.М. Смирнова, С.В. Шишанов // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева.- Нижний Новгород, 2015.- № 4.- С. 62-67.

69. Островитянов, Р.В. Статистическая теория радиолокации протяженных целей [Текст]/ Р.В. Островитянов, Ф.А. Басалов.- М.: Радио и связь.- 1982.- 232 с.

70. Финкельштейн М.И. Основы радиолокации: Учебник для вузов. 2-е изд. перераб. и доп. / М.И. Финкельштейн.- М.: Радио и связь.- 1983.- 536 с. с ил.

71. Рындык А.Г. Система определения геометрических размеров объектов впереди транспортного средства на основе сверхширокополосных приемопередающих модулей / А.Г. Рындык, А.В. Мякиньков, С. В. Шишанов // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2017.- Т.15 №8.- С. 19 - 25

72. Shishanov S. Height-Finding for Automotive THz Radars / S. Shishanov and [and others] / IEEE Transactions on intelligent transportation systems.-2018.- P. 1-11

группа

ООО «Объединенный инженерный центр»

603004, г. Нижний Новгород, пр-т Ленина, д. 88. Тел.: [phone]

факс: [phone]

[e-mail]

www.gazgroup.ru

Куда

Кому Копия На факс От

Кас

НГТУ им. P.E. Алексеева

603950, Н.Новгород, ул. Минина, 24

ИР ИТ, ка ф. « Информац ио нные радиосистемы»

Исх. №

Дата На № Дата

-ЖУХТШ?

Внедрение результатов научной работы Шишанова C.B.

АКТ

внедрения результатов диссертации Шишанова C.B. «Оценивание дорожной обстановки вокруг транспортного средства при помощи распределенной радиолокационной

системы», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12.14 - радиолокация и радионавигация

В кандидатской диссертации Шишанова C.B. рассматриваются вариант построения системы радиолокационного наблюдения для транспортных средств на основе распределенной радиолокационной системы, с помощью которой возможно не только обнаружение, но и определение координат и геометрических размеров обнаруженных объектов. Исследуется возможность объединения двух систем (радара дальнего действия на основе антенной решетки с частотным качанием луча и системы кругового обзора на основе сверхширокополосных модулей, расположенных по периметру транспортного средства) в общую систему, позволяющую оценивать целостную радиолокационную картину со всех сторон транспортного средства

Содержащиеся в диссертации исследования, являются частью работ по разработке систем помощи водителю в рамках создания перспективных систем помощи водителю (ADAS). Наибольший интерес для ООО «ОИЦ» представляют следующие результаты диссертации: -расчеты энергетического потенциала для радара переднего и бокового обзора; -расчеты точности измерения координат радаром переднего и бокового обзора; -алгоритм оценки геометрических размеров объектов впереди транспортного средства. Перечисленные результаты использованы при разработке, с участием автора диссертации, технических требований комплексного проекта «Создание высокотехнологичного производства безопасных экспортоориентированных автомобилей ГАЗ с элементами автономного управления и возможностью интеграции с электроплатформой на базовых компонентах российского производства» (договор № 03.G25.31.0270 от 29.05.2017), а также при создании документа №0270_1.1.3_Н_КП от 20.10.2017 «Концепция продукта» в отношении интеллектуальных тормозных систем новых модификаций автомобилей ГАЗ.

Использование предложенного в диссертации C.B. Шишанова способа оценивания геометрических размеров объектов впереди транспортных средств в разработках ООО «ОИЦ» позволят более полно оценивать картину впереди автомобиля, и может использоваться в как дополнительная информация в системах помощи водителю, а так же применяться в беспилотных транспортных средствах для принятия решения о дальнейших действиях: измерении курса или скорости автомобиля.

О.В. Филимонов

•Л5

5(!гДй$шшЩ!>!ЙЬ. фланированию продукта

инженерный Щ

М.П. 1

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

федеральное государственное автономное образовательное учреждение

высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

(СПбГЭТУ «ЛЭТИ»)

УТВЕРЖДАЮ Проректор по научной работе

".V t к.т.н., доцент Д.В. Гайворонский

«31» августа 2018 г.

о практическом использовании в научной работе результатов диссертационной работы Шишанова Сергея Валерьевича «Оценивание дорожной обстановки вокруг транспортного средства при помощи распределенной радиолокационной системы».

Настоящий акт составлен о том, что результаты диссертационной работы Шишанова С. В. «Оценивание дорожной обстановки вокруг транспортного средства при помощи распределенной радиолокационной системы», выполненной в 2014-2018 г. в Нижегородском государственном техническом университете им. P.E. Алексеева, использовались в СПбГЭТУ «ЛЭТИ» на кафедре РЭС при выполнении научной работы по ФЦП ИР «Разработка комплекса пассивного обнаружения, идентификации и подавления беспилотных летательных аппаратов с целью противодействия террористическим угрозам» Соглашение № 14.578.21.0242 от 26.09.2017 г., уникальный идентификатор проекта RFMEFI57817X0242, при разработке варианта построения пассивной когерентной локационной системы, состоящей из нескольких разнесенных в пространстве позиций со слабонаправленными антеннами.

Руководитель научной работы д.т.н. профессор

Малышев В.Н.

Зам. зав. кафедры РЭС по научной работе

доцент

Пивоваров И. Ю.