汽車(chē)防撞系統的研制與實(shí)現

作者：時(shí)間：2013-02-17 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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圖2 汽車(chē)防撞系統傳感器分布示意圖

圖3 障礙物距離計算示意圖

障礙物距離計算示意圖如圖3所示，其中A、B、C三點(diǎn)分別代表安裝在車(chē)頭前的三個(gè)超聲傳感器；E點(diǎn)代表障礙物；則EF表示從E點(diǎn)到水平面的距離，FG代表障礙物到車(chē)頭平面的距離，AG表示障礙物到車(chē)一側的距離。要求的就是EF、FG及AG這三條能表示出障礙物與汽車(chē)的空間相對位置的直線(xiàn)段。解法如下：

在ΔABC中，作 BD AC，連接ED和FD，則可求ΔABC的面積SΔABC，即：

式中，S=(T1+T2+T3)/2，T1、T2、T3分別表示線(xiàn)段AB、BC、AC的長(cháng)度

故　BD=2SΔABC/AC

在ΔADE中，

把射頻收發(fā)系統能夠探測到的距離S1、S2、S3與已知距離T1、T2、T3分別替換AE、BE、CE、AB、BC、AC，則可得所求的三個(gè)距離EF、FG、AG的值。

4 采用的相關(guān)算法

隨著(zhù)射頻在日常生活中的廣泛應用，人們逐漸發(fā)現射頻測距存在著(zhù)一定缺陷：①有效作用距離比較短，僅靠提高發(fā)射功率來(lái)增加測量距離是很有限的；②測距精度主要取決于回波信號的信噪比，在一定信噪比情況下，僅靠增加前級放大電路的增益來(lái)改善測量精度也是非常有限的。為了解決上述問(wèn)題，在汽車(chē)防撞系統中，設想了基于偽碼調制的射頻發(fā)射與接收系統。

白噪聲瞬時(shí)值服從高斯分布(正態(tài)分布)。它的功率譜密度在很寬的頻帶內是均勻的，而且自相關(guān)函數具有δ函數的形狀。偽隨機碼雖然僅有兩個(gè)電平，但卻具有類(lèi)似白噪聲的相關(guān)特性，只是其幅度概率分布不再服從高斯分布。所以，可以用偽隨機序列的平衡特性、游程特性和相關(guān)特性等來(lái)描述白噪聲。偽隨機編碼是用邏輯運算實(shí)現的，信號的自相關(guān)函數滿(mǎn)足：

可見(jiàn)，當P足夠大時(shí)，自相關(guān)系數具有尖銳的二電平特性，接近δ函數。在基于偽隨機碼的超聲波測距中，正是利用偽碼自相關(guān)函數的尖銳特性來(lái)測量發(fā)射碼和接收碼之間的延時(shí)，從而提高測量精度。m序列偽隨機碼是由線(xiàn)性移位寄存器產(chǎn)生的周期最長(cháng)的一種序列。由于其相關(guān)特性?xún)?yōu)良，又便于產(chǎn)生，所以得到了廣泛的應用。

根據相關(guān)函數定義，設兩個(gè)時(shí)間函數為x1(t)、x2(t)，

則

稱(chēng)為x1(t)的自相關(guān)函數；

稱(chēng)為x1(t)，x2(t)的互相關(guān)函數；

在信號檢測理論中有兩類(lèi)問(wèn)題：一類(lèi)是檢測信號，即根據接收到的混合信號(信號加噪聲或純噪聲)作出有無(wú)信號的判斷；另一類(lèi)是估計參量，即在已檢測出有無(wú)信號的基礎上，對信號的某些參量(例如振幅、相位、頻率、脈沖幅度等)或波形作出估計。為了提高抗干擾性，需要尋求在干擾條件下對信號的最佳接收方法。周期性信號的相關(guān)函數仍是周期函數，而干擾噪聲的相關(guān)函數則是δ函數。根據這些差別，可利用相關(guān)器檢出混在噪聲干擾中的周期性信號。這種利用時(shí)域特性上的差別來(lái)檢測信號的方法稱(chēng)為相關(guān)接收法。根據參考信號不同，相關(guān)接收法又分為自相關(guān)接收法和互相關(guān)接收法。自相關(guān)接收法是在無(wú)法確知輸入波形(或數據)的情況下，利用自相關(guān)器對之作自相關(guān)函數的運算；互相關(guān)接收法是在可以確定參考信號的情況下，利用相關(guān)器對輸入波形(或數據)與本地信號作互相關(guān)函數的運算。本設計中參考信號是本地碼，所以采用互相關(guān)接收法。在射頻測距系統中，不僅要對回波信號的有無(wú)進(jìn)行檢測，同時(shí)還要對回波信號和發(fā)射信號的延時(shí)進(jìn)行精確的測量。這樣才能準確地知道無(wú)線(xiàn)電波傳播所用的時(shí)間，進(jìn)而算出障礙物與車(chē)之間的距離。

本文運用先進(jìn)的射頻技術(shù)與穩定可靠的相關(guān)算法，使汽車(chē)具有較強的防撞能力。上述總體設計方案在實(shí)驗小車(chē)上已經(jīng)實(shí)現，并且在一定程度上能夠解決前面所述的始終困擾著(zhù)相關(guān)工作者的兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，即已經(jīng)具備了較靈敏的測角能力和較強的抗干擾能力，這樣就能夠使汽車(chē)具有較強的防撞能力。盡管如此，因為汽車(chē)行駛過(guò)程當中關(guān)系著(zhù)人的生命安全，所以其性能還有待進(jìn)一步提高，以增強整個(gè)系統的絕對安全性，進(jìn)而對之進(jìn)行推廣。

參考文獻
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2 任冠眾，寧永蘭.相位測量技術(shù).電測與儀表，2002(9)： 41～60
3 張銘，劉銀峰，黃河.基于nRF401的PC機無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的設計.電子技術(shù)應用，2002；28(4)：76～79
4 TRW Product Summary. TRW LS1 Products inc，2000 (end)

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