基于STM32的紅外測距系統(tǒng)設計論文

1、 PAGE56 / NUMPAGES56基于STM32的紅外測距系統(tǒng)設計摘 要隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，出現(xiàn)了很多新的領域，為了實現(xiàn)對物體近距離、高精度的無線測量，本論文對紅外測距領域進行了研究。本論文采用單片機作為處理器，編寫A/D轉換程序與LCD顯示程序，紅外傳感器作為工作模塊，完成一套高精度顯示、實時測量的紅外測距系統(tǒng)。本系統(tǒng)結構簡單、體積小、測量精度高、成本低、方便使用。本論文所介紹的是一種基于STM32單片機并運用日本夏普公司型號為GP2Y0A21的紅外傳感器所設計的紅外測距系統(tǒng)。首先，介紹紅外線與紅外傳感器的分類與應用、STM32單片機的簡介與功能；其次，闡述紅外測距系統(tǒng)工作原理與基

2、本結構并對單片機、紅外傳感器、LCD液晶顯示屏的工作電路做了介紹；再次，對系統(tǒng)進行了整體設計構想，先后對系統(tǒng)硬件與軟件進行設計，并對整個系統(tǒng)的功能進行了調試。最后對整個設計進行總結，說明紅外測距系統(tǒng)實現(xiàn)的可行性。關鍵詞紅外測距；單片機；A/D轉換；LCDSTM32-based infrared ranging system designAbstractWith the development of modern science and technology, there are many new areas, in order to achieve the object close range

3、, high-precision wireless measurement，this topic of infrared ranging is studied. This topic using SCM as the processor, to write A/D converter and LCD display program, an infrared sensor as a working module, complete set of precision display, real-time measurement of infrared ranging system.This sys

4、tem has the advantages of simple structure, small sizeand high accuracy, low cost and convenient use.This paper introduced is based STM32 microcontroller and use of Japans Sharp Corporation model GP2Y0A21 infrared sensor designed infrared ranging system. Firstly, introduce the classification and app

5、licationof infrared distance measurement，it also introduces the function of STM32 microcontroller. Then illustrate the work theory and basic structure of it and introduce the LCD screen and work circuit. Again, the system has carried on the overall design idea, successively on the system hardware an

6、d software design, and probes into the function of the whole system debugging.Finally, summarize the entire design to illustrate the feasibility of infrared distance measurement.Keywords Infrared range, SCM, A/D converter, LCD目 錄摘要 = 1 * ROMAN IAbstract = 2 * ROMAN II TOC o 1-4 h z u HYPERLINK l _To

7、c356383533第1章 緒論 PAGEREF _Toc356383533 h 4HYPERLINK l _Toc3563835341.1 課題研究背景與意義 PAGEREF _Toc356383534 h 4HYPERLINK l _Toc3563835351.2 本論文主要研究容 PAGEREF _Toc356383535 h 4HYPERLINK l _Toc356383536第2章 紅外測距系統(tǒng)硬件設計 PAGEREF _Toc356383536 h 6HYPERLINK l _Toc3563835372.1 紅外測距系統(tǒng)的工作原理 PAGEREF _Toc356383537 h 6

8、HYPERLINK l _Toc3563835382.1.1 時間差法測距原理 PAGEREF _Toc356383538 h 6HYPERLINK l _Toc3563835392.1.2 反射能量法測距原理 PAGEREF _Toc356383539 h 6HYPERLINK l _Toc3563835402.1.3 相位法測距原理 PAGEREF _Toc356383540 h 6HYPERLINK l _Toc3563835412.1.4 三角法測距原理 PAGEREF _Toc356383541 h 7HYPERLINK l _Toc3563835422.2 紅外測距系統(tǒng)的基本結構

9、PAGEREF _Toc356383542 h 7HYPERLINK l _Toc3563835432.2.1 紅外傳感器模塊 PAGEREF _Toc356383543 h 8HYPERLINK l _Toc3563835442.2.2 單片機處理模塊 PAGEREF _Toc356383544 h 9HYPERLINK l _Toc3563835452.2.3 LCD顯示模塊 PAGEREF _Toc356383545 h 16HYPERLINK l _Toc3563835462.3 本章小結 PAGEREF _Toc356383546 h 17HYPERLINK l _Toc356383

10、547第3章 紅外測距系統(tǒng)的軟件設計與功能調試 PAGEREF _Toc356383547 h 18HYPERLINK l _Toc3563835483.1 紅外測距系統(tǒng)工作流程 PAGEREF _Toc356383548 h 18HYPERLINK l _Toc3563835493.2 軟件程序設計 PAGEREF _Toc356383549 h 19HYPERLINK l _Toc3563835503.3 硬件功能調試 PAGEREF _Toc356383550 h 19HYPERLINK l _Toc3563835513.4 軟件功能調試 PAGEREF _Toc356383551 h

11、20HYPERLINK l _Toc3563835523.5 測量數(shù)據(jù)繪圖 PAGEREF _Toc356383552 h 20HYPERLINK l _Toc3563835533.6 本章小結 PAGEREF _Toc356383553 h 23HYPERLINK l _Toc356383554結論 PAGEREF _Toc356383554 h 25HYPERLINK l _Toc356383555致 PAGEREF _Toc356383555 h 26HYPERLINK l _Toc356383556參考文獻 PAGEREF _Toc356383556 h 27HYPERLINK l _

12、Toc356383557附錄A PAGEREF _Toc356383557 h 29HYPERLINK l _Toc356383558附錄B PAGEREF _Toc356383558 h 35HYPERLINK l _Toc356383559附錄C PAGEREF _Toc356383559 h 38緒論課題研究背景與意義隨著科學技術的不斷發(fā)展，在測距領域也先后出現(xiàn)了激光測距、微波雷達測距、超聲波測距與紅外線測距等方式。激光測距是以激光為傳輸信號對目標物體進行精確的測量。激光測距在工作開始瞬間向物體發(fā)射出一束很細的激光，并由接受端接收物體反射回來的激光束，同時計時器通過測定激光束從發(fā)射到接收

13、的時間進而計算出從測量者到物體的距離。該方法對使用環(huán)境要求較高，應用圍較少。微波雷達測距是軍事和工業(yè)上開發(fā)采用的技術，其技術要求嚴格和設備價格非常之高，在民用市場上幾乎得不到應用。超聲波測距原理與激光測距原理相似，只不過是以聲音為傳輸介質，但是此方法靈活性差、組件造價相對昂貴，在市場開拓空間并不大。作為一種應用廣泛、測量精度高的測量方式，紅外測距利用紅外線傳播時不擴散、折射率小的特性，根據(jù)紅外線從發(fā)射模塊發(fā)出到被物體反射回來被接受模塊接受所需要的時間，采用相應的測距公式來實現(xiàn)對物體距離的測量。紅外測距最早出現(xiàn)于上世紀60年代，是一種以紅外線作為傳輸介質的測量方法。紅外測距的研究有著非比尋常的意

14、義，其本身具有其他測距方式?jīng)]有的特點，技術難度相對不大，系統(tǒng)構成成本較低、性能良好、使用方便、簡單，對各行各業(yè)均有著不可或缺的貢獻，因而其市場需求量更大，發(fā)展空間更廣。紅外測距儀是指用調制的紅外光進行精密的距離測量，測量圍一般為1-5公里，在100米以的圍則超聲波測距更有優(yōu)勢，但是超聲波測距無法檢測到1米以的區(qū)域距離，而紅外測距可以精準的測出這一段距離，本論文研究的就是這一種情況的紅外線測距。本論文主要研究容紅外線別名紅外光或者熱輻射線，是一種波長比紅色可見光（約）較長、比微波（約）較短的電磁波。以波長長度為基準，紅外線可分為三部分，即近紅外線是波長為之間；中紅外線是波長為之間；遠紅外線是波長

15、為之間。物質本身溫度在不低于絕對零度（-273.15）的情況下均可以產生紅外線。它不能引起人的視覺反應，有顯著的熱效應（易被物體吸收而轉化為能）。能產生反射、折射、干涉、衍射等光學現(xiàn)象。不易被云霧等懸浮微粒散射而具有較強的穿透力。憑借著諸多優(yōu)點，紅外線在軍事、人造衛(wèi)星以與工業(yè)、衛(wèi)生、科研等工作領域方面的應用日益廣泛，有著不可替代的作用與研究價值。紅外測距傳感器是以紅外線為傳輸介質的精確測量系統(tǒng)，主要應用于現(xiàn)代科學技術、國防軍隊建設、工業(yè)和農業(yè)等領域。按照其功能可以分為五種類型：（1）輻射計，又稱“發(fā)射計”，是一種用于電磁輻射和光譜測量的裝置。（2）搜尋和鎖定系統(tǒng)，具有尋找和鎖定紅外目標的功能，

16、確定其空間位置并對它的運動進行追蹤。（3）熱成像系統(tǒng)，通過輻射的分布圖像。（4）紅外測距系統(tǒng)。（5）綜合系統(tǒng)，是集于兩個或者多個的系統(tǒng)功能的組合系統(tǒng)。本論文選用的紅外測距傳感器GP2Y0A21是由日本夏普公司推出的一款性價比高、最常用的紅外測距傳感器，與其前身GP2D12相比，測量射程一樣，但探測面積略有增加，可用來對物體的距離進行測量。具有體積小、功耗低、價格便宜等優(yōu)點，而且測量效果好適合在小圍高精度測量物體的實時距離。紅外傳感器GP2Y0A21技術規(guī)格如表1所示。表1 紅外傳感器GP2Y0A21技術規(guī)格測量射程圍10-80cm最大允許角度40電源電壓4.5-5.5V平均功耗33-40mA峰

17、值功耗200mA更新頻率/周期25Hz/40ms模擬輸出噪聲 2; /12位AD轉換為10位AD/Distance = (10485/(average_adc + 5) - 4;float_Distance=(1/(adc*(0.0000954)+0.000502)-4; Sum_Distance += float_Distance; if(10 = i)float_Distance = Sum_Distance / 10;Display_Distance(10,1,float_Distance); printf(濾波后的距離%3.2f cmn,float_Distance); Sum_Dis

18、tance = 0.0; i = 0; adc1=(float)adc*3.3/4096);/ printf(rn電壓值= %2.2fVrn,adc1);/printf(當前距離 % d CMn,Distance);/ printf(AD轉換值 %dn,adc);/ printf(實時距離 %3.1f cmn,float_Distance);/Display_Distance(10,1,float_Distance);i+;delay_ms(100); #include ADC.h/* 函數(shù)名:ADC_Config 功能:ADC初始化*/void ADC_Config(void)ADC_Ini

19、tTypeDef ADC_InitStructure;GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_ADC1|RCC_APB2Periph_GPIOA,ENABLE); /打開ADC1時鐘，打開GPIOC時鐘GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_7; /PA7配置成模擬輸入模式GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AIN;GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);ADC_Ini

20、tStructure.ADC_Mode=ADC_Mode_Independent;/獨立模式ADC_InitStructure.ADC_ScanConvMode=ENABLE;/連續(xù)多通道模式ADC_InitStructure.ADC_ContinuousConvMode=ENABLE;/連續(xù)轉換ADC_InitStructure.ADC_ExternalTrigConv=ADC_ExternalTrigConv_None;/模數(shù)轉換由軟件啟動ADC_InitStructure.ADC_DataAlign=ADC_DataAlign_Right;/ADC數(shù)據(jù)右對齊ADC_InitStructu

21、re.ADC_NbrOfChannel=1;/掃描通道數(shù)，從1到16ADC_Init(ADC1, &ADC_InitStructure);ADC_RegularChannelConfig(ADC1, ADC_Channel_7, 1, ADC_SampleTime_71Cycles5); /通道PA7，采用時間為55.5周期，1代表規(guī)則通道第一個ADC_Cmd (ADC1, ENABLE); /使能ADC1 ADC_SoftwareStartConvCmd(ADC1,ENABLE); /使能ADC1_7軟件轉換開始u16 Get_AD(void) while(!ADC_GetFlagStatu

22、s(ADC1, ADC_FLAG_EOC ); /檢測轉換結束標志位，等待轉換結束return ADC_GetConversionValue(ADC1); /返回最近一次ADC1規(guī)則組 的轉換結果#include lcd1602.h#include SYSTICK.h#include GPIO.h#include /*判忙函數(shù)*/u8 LCD_check_busy() /u8 ReadValue; GPIO_Write(GPIOC,0 xFF); RS_CLR; delay_us(1); RW_SET; delay_us(1); do EN_CLR; delay_us(200); EN_SET

23、; delay_us(200); while(GPIOC-IDR&0X80); return (u8)0; /*lcd 寫命令 */void LCD_write_(unsigned char ) /while(LCD_check_busy(); /? EN_CLR; delay_us(1); RS_CLR; delay_us(1); RW_CLR; delay_us(1); GPIO_Write(GPIOC,); delay_us(500); EN_SET; delay_ms(1); EN_CLR; delay_us(100); /*LCD寫數(shù)據(jù)*/void LCD_write_data( c

24、har Data) while(LCD_check_busy(); EN_CLR; delay_us(1); RS_SET; delay_us(1); RW_CLR; delay_us(1); GPIO_Write(GPIOC,Data); delay_us(500); EN_SET; delay_ms(1); EN_CLR; delay_us(100); /*清屏*/void LCD_Clear(void) LCD_write_(0 x01); delay_ms(5); /*lcd 寫字符串*/void LCD_write_string(unsigned char x,unsigned ch

25、ar y, char *s ) if (y = 0) LCD_write_(0 x80+x); else LCD_write_(0 xc0+x); while (*s) LCD_write_data(*s); s+; delay_us(500); /*lcd 寫字符函數(shù)*/void LCD_write_char(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char data) if (y = 0) LCD_write_(0 x80+x); else LCD_write_(0 xc0+x); LCD_write_data(data); delay_us(50

26、0); /*lcd 初始化*/void LCD_INIT(void) delay_ms(15); LCD_write_(0 x38); delay_ms(5); LCD_write_(0 x38); delay_ms(5); LCD_write_(0 x38); delay_ms(5); LCD_write_(0 x38); delay_ms(5); LCD_write_(0 x08); delay_ms(5); LCD_write_(0 x01); delay_ms(6); LCD_write_(0 x06); delay_ms(5); LCD_write_(0 x0c); delay_ms

27、(5); /* 函數(shù)功能：在指定位置顯示距離* 輸入：坐標，距離值*/void Display_Distance(unsigned char x,unsigned char y,float number)char num10; char * st r= num; /為指針分配棧上存空間sprintf(str,%4.2f,number);LCD_write_string(x,y,str);附錄B附錄C文獻翻譯：基于自動測距嵌入式CPU系統(tǒng)的車輛摘要：基于車輛的光機電自動測距系統(tǒng)的結構和原理，在嵌入式CPU的基礎上，本文有一個關于汽車測距系統(tǒng)的體系結構與設計和風險評估與決策的討論和研究。嵌入式系統(tǒng)

28、的解決方案已經(jīng)得到了良好的實時性能，它可以促進該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力。本文主要介紹了基于單片機的測距系統(tǒng)、硬件體系結構、軟件體系結構和一些其他基于嵌入式系統(tǒng)的關鍵技術的測距系統(tǒng)等一些缺陷，它還引入了使用兩個激光雷達光探測和測距方法的解決方案。一、介紹單片機廣泛用于傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。但隨著科學技術和計算機的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)單片機已經(jīng)不能滿足越來越多的綜合性，多功能化，模塊化的檢測和控制系統(tǒng)的要求。嵌入式系統(tǒng)已經(jīng)有了在未來控制系統(tǒng)發(fā)展趨勢。在這里，我們采用了嵌入式的杰出系統(tǒng)之一：Linux。Linux是一個小型的操作系統(tǒng)，只滿足嵌入式系統(tǒng)的需求。它包括一個核和指定的一些系統(tǒng)模塊。小型嵌入式Linux包括三個

29、基礎元素，包括引導程序，微核，初始化過程。支持Linux的CPU系統(tǒng)包括X86，Alpha，Sparc，Mips，PPC，Arm等。Linux的存儲設備不是傳統(tǒng)的軟磁盤或硬盤，而是ROM，緊湊型閃存，磁盤上的芯片系統(tǒng)或索尼的記憶芯片。存儲器可以使用通用存儲器或特殊的RAM。相比較其他嵌入式系統(tǒng)，Linux是不僅免費的，而且是一個開源項目。作為一個可定制的平臺，Linux應該是一種流行的嵌入式產品的系統(tǒng)被應用于許多公司?？紤]到Linux是開放性的、良好的支撐網(wǎng)絡、穩(wěn)定安全和其他一些優(yōu)點，我們傾向于采用Linux作為嵌入式系統(tǒng)的自動測距系統(tǒng)的車輛。因此，本文對基于Linux系統(tǒng)的車載測距系統(tǒng)的研究

30、。我們將詳細分析了硬件設計、軟件設計和相關的一些關鍵技術。二、基于單片機的測距系統(tǒng)道路車輛的不斷增加，交通事故也日益增多。作為保護車輛運行的安全性的有效手段，車輛風險評估和決策的自動測距系統(tǒng)也應運而生，并逐漸發(fā)展起來。該系統(tǒng)是一種檢測裝置，它可以在碰撞發(fā)生之前給司機發(fā)出音頻或視覺警告信號。它安裝在車，并與時檢測障礙物和車輛，并且當之間的距離必要時，發(fā)送警告信號讓司機采取為應對特殊情況的應急措施，如果必要的話，開始自動制動系統(tǒng)或觸發(fā)器應急系統(tǒng)，以避免事故的發(fā)生。該系統(tǒng)的核心是迅速和準確地測量出車輛與障礙物之間的距離，并與時發(fā)送警告信號。如果一個自動制動剎車系統(tǒng)或一個安裝氣囊安全系統(tǒng)，它也可以自動

31、處理高風險緊急 1,2,3?；趥鹘y(tǒng)的單片機測距系統(tǒng)被示為圖1，它被脈沖觸發(fā)并有激光頭發(fā)出檢測的光束，并且通過獲得的反射光線和距離計算公式來實現(xiàn)。它可以完成的計算，但它也有一些缺陷，它很容易被外部噪聲干擾。并且單片機數(shù)據(jù)處理能力較弱，脈沖頻率受限制。因此，如果車輛在非常高的速度運行時，基于單片機測距系統(tǒng)可能過載并進行了錯誤的計算將其引導到一個錯誤的決定，這當車輛在高速運行時是很危險的。所以現(xiàn)在我們對基于嵌入式系統(tǒng)的測距系統(tǒng)的車輛進行探討和研究。該系統(tǒng)是建立在MPC5200嵌入式微處理器，采用光機電一體化技術。首先介紹了車輛的風險評估和決策的自動測距系統(tǒng)的工作原理。其次對它的實用系統(tǒng)組成進行了分

32、析。最后，提供了一個可行的結構自動測距系統(tǒng)的設計。三、主要工作原理A、嵌入式系統(tǒng)的體系結構車輛的自動測距系統(tǒng)主要由微處理器、功率組件、前探測器（左和右）、背面探測器（左和右）、警報部件和GUI界面。該體系結構示于圖2。該控制模塊由嵌入式微處理器子系統(tǒng)、電源部件、報警部件和GUI模塊，它安裝在轉向室的儀器板的；兩個前探測器安裝在后視鏡中的操舵室的左，右兩側的背面；兩到四組探測器安裝在汽車外側與汽車的底部；主要控制模塊，前端檢測器和背面探測器與長線驅動器4,5,6相連。B、光機電一體化系統(tǒng)的工作原理前面和后面的檢測器可用于測量發(fā)射脈沖到達障礙物并返回到控制模塊的間隔。區(qū)別在于前面探測器發(fā)送時間間隔

33、被嵌入式微處理器得到，而后面檢測器發(fā)送時間間隔由一個HIS/ HSO接口得到。該控制模塊將根據(jù)間隔和距離確定危險水平，如果結果是在安全極限時，警報或安全保護系統(tǒng)將自動啟動。由前、后、左、右探測器得到不同的報警方式和處理方法用于處理不同的情況。當該距離小于預定值時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號；當距離小于所述高風險值，在系統(tǒng)啟動的安全防護裝置7,8,9。四、激光雷達測距系統(tǒng)A、系統(tǒng)結構的組成在現(xiàn)代科學領域，測距技術包括超聲波測距，激光雷達測距波，紅外線測距系統(tǒng)和衛(wèi)星導航測距技術?？紤]到精度和穩(wěn)定性，我們采用激光雷達測距技術，并使用激光雷達作為實際測距成分10,11。實際工作系統(tǒng)包括激光測距激光雷、CPU、正

34、面和背面環(huán)境檢測激光雷達、液晶顯示器、發(fā)送端和接端、車速傳感器等，其工作原理如圖3所示。測距和速度檢測激光雷達安裝在車輛的前部。系統(tǒng)編碼和調制從半導體激光器發(fā)出的脈沖。激光雷達天線發(fā)射激光到障礙物或汽車，并接收由激光雷達的反射信號，則控制模塊將信號解調得到的距離和方位。通過控制模塊不斷分析距離和方位數(shù)據(jù)，可以判斷對象是否移動和移動物體的速度和距離還有風險水平，如果可能與對象發(fā)生碰撞，系統(tǒng)會發(fā)出警報信號，調整汽車的速度和行駛方向。該系統(tǒng)通過使用光切片法得到目標的距離。該系統(tǒng)包括一個CCD攝像機和激光裝置。相機設置為一個固定的姿態(tài)和距離的激光設備。相機設置為一個固定的姿態(tài)和距離與激光裝置之間。目標

35、上的投影線由CCD照相機觀察到。通過三角測量使用檢測到的線得到的車輛的相對位置。該系統(tǒng)的分辨率取決于攝像機的分辨率的配置。B、硬件設計1、系統(tǒng)架構：在的實際的硬件系統(tǒng)構成，嵌入式微處理器型號是MPC5200。飛思卡爾的高度集成，高性價比的MPC5200非常適合于網(wǎng)絡，媒體，工業(yè)控制和汽車應用。它提供760 MIPS與浮點單元（FPU），硬件存管理單元（MMU）用于快速切換任務，多個I/O口，以與工作在一個功耗比的情況下。 MPC5200服務運算網(wǎng)絡媒體網(wǎng)關、網(wǎng)絡訪問存儲、機頂盒、音頻自動點唱汽車、互聯(lián)網(wǎng)接入、工業(yè)自動化、圖像檢測/分析和電子/醫(yī)療器械市場。實時操作系統(tǒng)（RTOS）12,13和開

36、發(fā)板與板級支持包（BSP）的可靠選擇為用戶提供了一個完整而靈活的解決方案。圖4是實用的硬件結構。當激光雷達光學天線的反射信號被接收，編碼、調制和解調之后，它被轉換為電壓信號，可以容易地被處理，并且該電壓信號由A/D轉換器轉換，并通過I/O口發(fā)送到MPC5200。以同樣的方式，從正面，背面，側面環(huán)境條件探測器從不同方向獲得的信息，并且將它們通過I/O電路發(fā)送到MPC5200處理。MPC5200與PCI顯示模塊或LCD連接，該信息可以通過液晶顯示由交互式操作來實現(xiàn)。當系統(tǒng)檢測到磁盤、主控制模塊在測試風險水平時，然后發(fā)送報警信號，調整運行速度并緊急制動、彈出氣囊或做一些其他的相關安全措施。一個典型的

37、激光雷達的框圖描述在圖5中。所有組件必須是低成本項目，事實上，許多設計決策驅動。壓控振蕩器（VCO）通常用于調制的輸出通過耿氏二極管發(fā)射器，一般消耗1-10毫瓦的電力。信號然后通過循環(huán)到天線。接收到的信號通過循環(huán)和混合到基帶（通常在擴增前）、放大、濾波、數(shù)字化后發(fā)送到信號處理器和威脅評估處理器。該信號被直接混合到基帶而不是更吸引人中頻（IF）在為了最大限度地減少硬件和成本。目前大部分激光雷達工作正在集中76-77 GHz頻段，有以下一些原因：（1）這個頻段很少被使用，相對于更多使用的60 GHz和94 GHz頻帶，（2）歐洲已經(jīng)選擇了這個頻段是其整車激光雷達波段，（3）射頻組件技術迅速成熟，（

38、4）窄波束寬度是由一個合理的孔徑尺寸實現(xiàn)的。此外，聯(lián)邦通信委員會最近批準了76-77 GHz頻段（以與其他頻段）在美國經(jīng)營的汽車激光雷達系統(tǒng)。2、信號處理：對于一個假想的激光雷達的信號處理流程示于圖6。信號處理器的主要功能是檢測并跟蹤傳感器探測的對象。數(shù)字化數(shù)據(jù)是從每個接收到的脈沖經(jīng)由一維快速傅里葉變換，所致該天線波束寬度的信息進行處理。小數(shù)量的連續(xù)型能量被集成，以提高信噪比。個別圍段進行比較的閾值，并與任何超過閾值能量的對象處理進一步確定圍和相對速度。這些輸出，連同有關方位角位置（天線角度）都用于初始化或更新對象軌跡文件。跟蹤文件的輸出傳遞到威脅評估處理器，它決定了AICC（自主智能巡航控制

39、）或函數(shù)FCW（前部碰撞警告）在適當時候的反應。3、使用兩個激光雷達的優(yōu)點：假設前方5米有一個車輛。激光可能會打到車輛的后方反射器。在這種情況下，激光雷達不能檢測車輛因為激光束不能擊中一個反射器，重要信息可能會丟失。為了避免這種情況，使用兩個激光雷達。一個雷達的例子和兩個雷達配置如圖7所示。典型車輛寬度假設為1.5米分開放在試驗車的前保險杠上。暗區(qū)代表目標車輛，其激光雷達來檢測尾燈的中心位置。白色區(qū)域表示盲區(qū)14,15,16。通過使用兩個激光雷達，盲點區(qū)域是顯著減少，并且可檢測的目標區(qū)域變得更寬。注意，在激光雷達探測最重要的區(qū)域時，試驗車正前方就是一個被遮蔽的盲點。利用兩個激光雷達在交通監(jiān)控系

40、統(tǒng)中，三個有問題必須克服：（P1）因為光束產生許多重疊區(qū)域，確定的目標車輛位置是非常困難的。無論怎樣，我們必須揣度這束光束檢測一樣的車輛。這個問題適合于某種集群技術。如果多個波束探測同一輛車，它們的輸出會表現(xiàn)出一樣的動態(tài)行為。因此，該技術必須使用這些動態(tài)，有效地辨別汽車。如何從所有六個波束的信息融合到業(yè)務活動的連貫的畫面？（P2）該雷達系統(tǒng)具有較高的縱向分辨率，但較低的角分辨率，因為這里只有六個橫梁。因此，橫向尺寸應比長縱向尺寸。如何解決這個問題？（P3）常規(guī)的方法是不穩(wěn)定的，因為它們不能檢測虛假估計。為了構建一個更強大的系統(tǒng)，應該如何檢測錯誤的估計17？C、軟件設計（1）軟件的流程圖：當通過

41、光學天線發(fā)送的激光束遇到的障礙，它被反射和散射。并該光學天線接收反射信號。它是由A/D轉換器轉換為數(shù)字信號。不斷有距離和方位計算后的信息由CPU進行辨析來測試汽車的速度在安全圍。如果計算出的值小于上限，則系統(tǒng)采用了相應措施。圖8是系統(tǒng)功能模塊的流程圖。（2）預警和風險水平的確定：目標速度信息可直接從相位測量或間接通過速度圍的測定。激光雷達通過多普勒濾波器的反饋信息對對象進行直接相位測量。多普勒濾波器寬度決定了速度分辨率。為達到76-77千兆赫頻帶、徑向（視線的）1.0米/秒的速度、510赫茲多普勒頻移。因此，相對短的積分時間導致精細速度分辨率18,19。對于FMCW（調頻連續(xù)波）利用一個上升斜

42、坡和下降斜坡的波形，事實上，多普勒頻移，可以明確地通過取一半的兩個斜坡的頻移差而確定的。短脈沖波形的脈沖重復率名義上無疑是足夠高的多普勒頻譜，單斜率FMCW波形通常是多普勒的自脈沖重復率，實際上，一個靜止的物體多普勒可以大于15KHZ。通常情況下，為了保持傳感器數(shù)據(jù)速率是可控的，PRF是保持在低于奈奎斯特采樣速率，因此這種不確定的結果要通過多普勒測速進行過濾（2kHz的PRF會導致4米/秒速度誤差）。解決歧義的一種方法是掃描速率圍信息、距離變化信息。由于方位變化分辨率和掃描更新速率受限制，提供的不詳細速度信息（幾米每秒）足夠解決速度歧義20。通過結合距離變化率信息和精細多普勒分辨率，可以明確地

43、測量物體的速度。當然其他的技術對物體速度的明確的量也是可能的。如果對象速度不通過分辨率確定的，如前面提到的，那么精度的測量可以實現(xiàn)。對象速度可以通過測量返回信號上的脈沖到脈沖的相對相移來確定。這是一種高精度的測量（不是分辨率），因此僅適用于具有高的SBR的圍角度小區(qū)的單個對象。再次，通過組合圍速率的信息和對相位速度測量，人們可以清楚地測量物體的速度。為了避免危險發(fā)生，重要的的是得到相對速度和障礙物與車輛最近的距離，預警和風險確定的條件是：R，S*，T，Tlim。在該表達式中，R是兩個對象之間的實際距離; S *是臨界安全距離;T是駕駛員的反應時間;TLIM是的最小時間，這意味著至少一次的警報系統(tǒng)沒有啟動的極限。在S*，Tlim由以下表達式確定：，在該表達式中，Us是在車的速度；是兩個對象的相對速度；是前方車輛的減速度; 是自身的標準減速。測距和速度測量公式如下：，該式中，c是激光速度，是最大調制頻率，是調制波的重復頻率，是信號發(fā)送和接收時，正調制信號的差分頻率，是信號發(fā)送和接收時，負調制信號的差分頻率，是發(fā)射中心頻率。從上述情況，可以得出結論，該軟件的功能是檢測到、和我們給出的、R、S*，并與之比較。然后確定計算風險水平，也就是確定是否為安全距離，是否發(fā)送預警和風險警報信號，使得自身的速度和兩車之間的距離一直保持在安全條件下。5、結論與展