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简述激光测距传感器在汽车雷达系统中应用的几种方法

日期:2019-09-16 04:34
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摘要: 目前运用在汽车上的测距方法主要有超声波短距离测距,毫米波雷达长距离测距,激光测距,摄像系统测距等几种方法。 1 超声波距离测距 它利用超声探测原理,在司机倒车时,能正确的从数码显示器上了解汽车尾部与障碍物之间的距离。当测距显示小于报警距离时,还能准确报警,及时提醒司机刹车。 超声波一般指频率在20kHz以上的机械波,具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时,超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲,并给测量逻辑电路提...
   目前运用在汽车上的测距方法主要有超声波短距离测距,毫米波雷达长距离测距,激光测距,摄像系统测距等几种方法。

1 超声波距离测距
 
   它利用超声探测原理,在司机倒车时,能正确的从数码显示器上了解汽车尾部与障碍物之间的距离。当测距显示小于报警距离时,还能准确报警,及时提醒司机刹车。
 
    超声波一般指频率在20kHz以上的机械波,具有穿透性较强、衰减小、反射能力强等特点。超声波测距仪器一般由发射器、接收器和信号处理装置三部分组成。工作时,超声波发射器不断发出一系列连续的脉冲,并给测量逻辑电路提供一个短脉冲。超声波接收器则在接收到遇障碍物反射回来的反射波后,也向测量逻辑电路提供一个短脉冲。*后由信号处理装置对接收的信号依据时间差进行处理,自动计算出车与障碍物之间的距离。超声波测距原理简单,成本低、制作方便,但其在高速行驶的汽车上的应用有一定局限性,这是因为超声波的传输速度受天气影响较大,不同的天气条件下传播速度不一样;另一方面是对于远距离的障碍物,由于反射波过于微弱,使得灵敏度下降。故超声波测距一般应用在短距离测距,*佳距离为4~5米,一般应用在汽车倒车防撞系统上。
 
2 毫米波雷达长距离测距
 
    为了更好的适应道路交通状况,解决盲区视野问题,在日本和美国开展了大量的工作。如应用毫米波雷达CCD摄像检测交通状况,根据危险程度改变直观信号的音调、颜色和位置,并在显示器中显示。实现高度智能化,极大的改善车辆的安全性。
 
    雷达是利用目标对电磁波反射来发现目标并测定其位置的。汽车上应用的雷达采用的是30GHz以上的毫米波雷达。毫米波频率高、波长短,一方面可缩小从天线辐射的电磁波射束角幅度,从而减少由于不需要的反射所引起的误动作和干扰,另一方面由于多普勒频移大,相对速度的测量精度高。在汽车上应用毫米波雷达测距,有以下特点:
 
   (1)是探测性能稳定。它不易受对象表面形状和颜色的影响,也不受大气流的影响。
 
   (2)是环境适应性能好。雨、雪、雾等对之干扰小。作为车载雷达,目前适用的主要有脉冲多普勒雷达、双频CW雷达和FM雷达三种。应用雷达测距,需要防止电磁波干扰,雷达彼此之间的电磁波和其他通信设施的电磁波对其测距性能都有影响。毫米波雷达主要应用于防撞,以避免高速公路上发生追尾碰撞。
 
3 激光测距
 
    它可以对车前的路面状况进行电子扫描,还可以对周围及后面司机看不到的地方进行扫描。将收集的信息通过各个响应部位的传感器汇集到电脑中去,在车内电视荧幕中显示出来,扩大了司机对路面观察,并能对超速或有障碍的路面发出警报,引起司机注意。如日本马自达汽车公司研制的扫描激光雷达和超声波传感器,可以检测到前方是否有行人和在斜角方向是否有车驶来,以避免事故发生。
 
    激光测距装置是一种光子雷达系统,它具有测量时间短、量程大、精度高等优点,在许多领域得到了广泛应用。目前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成象式激光雷达和成象式激光雷达。非成象式激光雷达根据激光束传播时间确定距离。它的工作原理是:从高功率窄脉冲激光器发出的激光脉冲经发射物镜聚焦成一定形状的光束后,用扫描镜左右扫描,向空间发射,照射在前方车辆或其他目标上,其反射光经扫描镜、接收物镜及回输光纤,被导入到信号处理装置内光电二极管,利用计数器计数激光二极管启动脉冲与光电二极管的接收脉冲间的时间差,即可求得目标距离。利用扫描镜系统中的位置探测器测定反射镜的角度即可测出目标的方位。
 
     成象式激光雷达又可分为扫描成象激光雷达和非扫描成象激光雷达。扫描成象激光雷达把激光雷达同二维光学扫描镜结合起来,利用扫描器控制激光的射出方向,通过对整个视场进行逐点扫描测量,即可获得视场内目标的三维信息。非扫描成象式激光雷达将光源发出的经过强度调制的激光经分束器系统分为多束光后沿不同方向射出,照射待测区域。由于非扫描成象激光雷达测点数目大大减少,从而提高了系统三维成象速度。
 
      在汽车测距系统中,非成象激光雷达更具有实用价值。同成象式激光雷达相比,具有造价低、速度快、稳定性高等特点。但由于激光雷达测距仪器工作环境处于高速运动的车体中,振动大,对其稳定性、可靠性提出了较高的要求,其体积也受到了一定的限制,同时还要考虑省电、低价、对人眼安全等因素。这些决定了其光源只能采用半导体激光器。目前,在汽车上,上述各种激光雷达测距仪均有应用,但成象式激光雷达还在进一步研究之中。
 
    美国通用汽车公司于1997年研制成一种称为"视控雷达"的防撞装置。车载电脑根据脉冲多普勒雷达原理,先把两车的距离、相对速度、本车速度等信号进行数据处理后计算出对应的参数并存储。计算机程序根据安全距离公式计算出标准值,并与雷达测出的实际距离作比较。实际距离是由激光雷达通过摄像机和测定的道路边界及其曲度,对汽车行驶前方的路面上的障碍或车辆测得的。如果出现实际距离小于安全距离时,视控雷达系统通过计算机的执行机构作用于汽车的制动系统,使汽车减速或停车。当距离大于极限安全距离时,制动控制机构恢复正常状态。 德尔福于 1998年SAE年会上推出了"防撞系统"。它采用雷达及超声波技术,以提高汽车的安全性。它是德尔福汽车系统推出的**性产品。该系统包括自适应巡航系统、防碰撞预警系统(包括前方、两侧和后方碰撞)和碰撞干预系统三个方面。
 
3.1 自适应巡航控制(Adaptive Cruise Contro)
 
    该装置是通过装在汽车前方的雷达传感器,帮助司机保持适当车速并控制与前方车辆的距离。当需巡航控制时,可通过节气门的控制和有限制动来调节车速,保持车辆前后之间的距离,并可减少手动变速的动作。
 
3.2 防碰撞预警系统(COllision Warning SystemS)
 
(1)防碰撞预警探测系统。
 
    该系统采用76GHZ的微波雷达传感器,能探测距离车辆前方150m以上的物体,不受车辆行驶速度的影响。它能根据所测出的障碍物与本车辆的距离,给司机发出不同的警告,如司机对发出的视觉闪光警告未作出反应,能立即发出蜂鸣声或响铃报警。如车辆在行驶状态时,即能自动工作,可减少前面碰撞的危险。
 
(2)防侧面(左右两边)碰撞预警探测系统。
 
     该系统采用微波雷达探测行驶在盲区内的车辆及警告司机注意车道左右两旁的车辆和行人的距离等。当车辆在正常行驶状态时,该侧面探测预警系统会自动工作,它不会对雷达探测器及其他电子系统造成干扰。
 
(3)防后部碰撞预警探测系统。
 
    该系统采用微波雷达探测车辆后部司机看不到区域内障碍物体〔固定的或移动的〕,探测距离为5m以内,当车辆正常行驶时也会自动工作,能测出后面跟随车辆的距离,提供警告预防后部车辆碰撞。它为倒车和停车泊位提供了帮助。
 
3.3 碰撞干预预警系统(ColIision Intervention Systems)
   
  该系统通过微波雷达探测系统,向司机发出预警后,司机如未能及时采取措施,系统就能通过发动机的节气门控制和有限制动,使车辆自动减速,直至车辆停驶。另外,该系统还能自动控制转向,帮助司机将车辆行驶在正确的车道上,这对女性驾驶汽车提供了很多方便。1999绅宝9-5型轿车因此销售量大幅度上升。
 
4 高照度的摄像系统测距
 
     CCD摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器。它具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确、其线扫描输出的光电信号有利于后续信号处理等优良特性,在汽车行业也得到了广泛的应用。利用面阵CCD,可获得被测视野的二维图像,但无法确定与被测物体之间的距离。只使用一个CCD摄像机的系统称为单目摄像系统,在汽车上常用于倒车后视系统,辅助驾驶员获得后视死角信息,以避免倒车撞物。为获得目标三维信息,模拟人的双目视觉原理,利用间隔固定的两台摄像机同时对同一景物成象,通过对这两幅图像进行计算机分析处理,即可确定视野中每个物体的三维坐标,这一系统称为双目摄像系统。双目摄像系统模仿人体视觉原理,测量精度高。但目前价格较高,同时由于受软件和硬件的制约,成象速度较慢。随着计算机软硬件性能的提高,*终将得到广泛应用。
 
     目前,在国外已有一些汽车厂家推出了可根据路况控制车速的装置,如新款奔驰S系列上等轿车装备了安全距离自动控制雷达系统,不仅可自动调节车速,还能根据的速确定与前车的距离。新系统在汽车后视镜背后装置了两台微型摄像机以充当"眼睛"。两台摄像机指向汽车前方,其间距与人自然间距接近,可提供汽车前方交通情况的三维图象。通过对比,电脑系统对汽车在道路上所处的位置以及周围的路况等进行判断,然后通过传动装置对汽车的方向盘、油门或刹车进行自动控制。司机只需重新握住方向盘或踩下油门或刹车,即可轻易"夺回"对汽车的控制权。
 
   随着科技的进一步发展,汽车雷达系统中车辆测距技术的种类必将越来越多,其应用也不仅是单一的测距方式,而是多种测距方式的混合,集某几种装置于一体,互相取长补短,进一步提高系统测量的精度和可靠性。随着计算机软硬件技术的发展,成象式测距技术将一步步走向成熟,并代表这种技术的发展方向,在现代汽车驾驶技术中将得到广泛运用,以保证行车的安全性。

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