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文檔簡(jiǎn)介

1、激光測(cè)距雷達(dá)與智能時(shí)代1 概述2 雷達(dá)測(cè)距的組成元件3 雷達(dá)測(cè)距的工作原理4 雷達(dá)測(cè)距的性能指標(biāo)5 幾種常見(jiàn)的測(cè)距雷達(dá)6 雷達(dá)測(cè)距的發(fā)展趨勢(shì)2 雷達(dá)測(cè)距控制系統(tǒng)的組成DTR雷達(dá)控制模塊DTR雷達(dá)傳感器(激光雷達(dá)、 毫米波雷達(dá)傳感器)DTR電腦可變巡航控制(CC)開(kāi)關(guān)DTR開(kāi)關(guān)座(具有距離測(cè)量電位差計(jì)和警報(bào)信號(hào)消除開(kāi)關(guān))信息聯(lián)絡(luò)(CAN)(用于儀板上的顯示裝置及警報(bào)信號(hào) 發(fā)布裝置和各種控制機(jī)構(gòu)的信息聯(lián)絡(luò))天線、發(fā)射/接受組件中頻信號(hào)處理裝置電源及報(bào)警顯示雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)的組成框圖雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)的組成框圖1.收發(fā)天線收發(fā)天線可安裝于車(chē)輛保險(xiǎn)杠內(nèi),向車(chē)前方發(fā)出發(fā)射信號(hào),并接收反射信可安裝于車(chē)輛保險(xiǎn)杠內(nèi),向

2、車(chē)前方發(fā)出發(fā)射信號(hào),并接收反射信 號(hào)號(hào)2.射頻收發(fā)前端射頻收發(fā)前端是雷達(dá)系統(tǒng)的核心部件,負(fù)責(zé)信號(hào)調(diào)制是雷達(dá)系統(tǒng)的核心部件,負(fù)責(zé)信號(hào)調(diào)制.,射頻信號(hào)的發(fā)射接,射頻信號(hào)的發(fā)射接收及接收信號(hào)解調(diào)收及接收信號(hào)解調(diào)3.信息處理模塊信息處理模塊自動(dòng)分析,計(jì)算出與前方車(chē)輛間的距離和相對(duì)速度,并且防自動(dòng)分析,計(jì)算出與前方車(chē)輛間的距離和相對(duì)速度,并且防止轉(zhuǎn)彎時(shí)錯(cuò)誤測(cè)量臨近車(chē)道車(chē)輛的情況發(fā)生止轉(zhuǎn)彎時(shí)錯(cuò)誤測(cè)量臨近車(chē)道車(chē)輛的情況發(fā)生4.汽車(chē)控制裝置汽車(chē)控制裝置: 即控制汽車(chē)的自動(dòng)操作系統(tǒng),達(dá)到自動(dòng)即控制汽車(chē)的自動(dòng)操作系統(tǒng),達(dá)到自動(dòng)減速慢速行車(chē),或緊急剎車(chē)。通過(guò)限制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)剎減速慢速行車(chē),或緊急剎車(chē)。通過(guò)限

3、制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)剎車(chē)作用力及變速箱擋位,控制定速巡航的車(chē)速車(chē)作用力及變速箱擋位,控制定速巡航的車(chē)速5.報(bào)警系統(tǒng)報(bào)警系統(tǒng):安裝在駕駛室前部,精確顯示前方障礙物的距離值,:安裝在駕駛室前部,精確顯示前方障礙物的距離值,面板上的數(shù)字鍵,可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定保京距離值,還有特殊輸面板上的數(shù)字鍵,可根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定保京距離值,還有特殊輸出接口,當(dāng)系統(tǒng)報(bào)警時(shí),該接口會(huì)輸出出接口,當(dāng)系統(tǒng)報(bào)警時(shí),該接口會(huì)輸出TTL電平,可用于自動(dòng)剎車(chē)電平,可用于自動(dòng)剎車(chē)開(kāi)發(fā)開(kāi)發(fā)3.雷達(dá)測(cè)距的基本原理n工作原理:在車(chē)輛行駛中,雷達(dá)窄波束向前發(fā)射電磁波信號(hào),當(dāng)發(fā)射信號(hào)遇在車(chē)輛行駛中,雷達(dá)窄波束向前發(fā)射電磁波信號(hào),當(dāng)發(fā)射信號(hào)遇

4、到目標(biāo)時(shí),被反射回來(lái)被同一天線接收,經(jīng)混頻放大處理,可用其差拍信號(hào)到目標(biāo)時(shí),被反射回來(lái)被同一天線接收,經(jīng)混頻放大處理,可用其差拍信號(hào)間來(lái)表示雷達(dá)與目標(biāo)的距離,再根據(jù)差頻信號(hào)相差與相對(duì)速度關(guān)系,計(jì)算出間來(lái)表示雷達(dá)與目標(biāo)的距離,再根據(jù)差頻信號(hào)相差與相對(duì)速度關(guān)系,計(jì)算出目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的相對(duì)速度,微處理器將上述兩個(gè)物理量代入危險(xiǎn)時(shí)間函數(shù)數(shù)字目標(biāo)對(duì)雷達(dá)的相對(duì)速度,微處理器將上述兩個(gè)物理量代入危險(xiǎn)時(shí)間函數(shù)數(shù)字模型后,既可算出危險(xiǎn)時(shí)間,當(dāng)危險(xiǎn)程度達(dá)到各種不同等級(jí)時(shí),分別輸出報(bào)模型后,既可算出危險(xiǎn)時(shí)間,當(dāng)危險(xiǎn)程度達(dá)到各種不同等級(jí)時(shí),分別輸出報(bào)警信號(hào)或通過(guò)車(chē)輛控制電路去控制車(chē)速或剎車(chē)。當(dāng)距離過(guò)近時(shí),有些車(chē)型警警信號(hào)

5、或通過(guò)車(chē)輛控制電路去控制車(chē)速或剎車(chē)。當(dāng)距離過(guò)近時(shí),有些車(chē)型警告喇叭會(huì)響起,以警告駕駛者注意前方障礙物已經(jīng)接近車(chē)體,同時(shí)告喇叭會(huì)響起,以警告駕駛者注意前方障礙物已經(jīng)接近車(chē)體,同時(shí)DTR電腦電腦會(huì)通過(guò)車(chē)身電腦網(wǎng)絡(luò)會(huì)通過(guò)車(chē)身電腦網(wǎng)絡(luò)CAN-BAS與發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、變速器、變速器ECU及及ESP(車(chē)輛穩(wěn)定車(chē)輛穩(wěn)定行駛系統(tǒng)行駛系統(tǒng)) 、ABS剎車(chē)系統(tǒng)剎車(chē)系統(tǒng)ECU,通過(guò)限制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)剎車(chē)作用,通過(guò)限制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速,調(diào)節(jié)剎車(chē)作用力及變速箱擋位,控制定速巡航的車(chē)速。若前方無(wú)障礙物(力及變速箱擋位,控制定速巡航的車(chē)速。若前方無(wú)障礙物(100米為限)則警米為限)則警告燈會(huì)熄滅,車(chē)子便會(huì)加速至預(yù)

6、設(shè)的巡航速度告燈會(huì)熄滅,車(chē)子便會(huì)加速至預(yù)設(shè)的巡航速度n裝有避撞雷達(dá)的汽車(chē)上了高速公路以后,駕駛員啟動(dòng)車(chē)上的避撞雷達(dá)。雷達(dá)選定好跟隨的汽車(chē)以后,被跟隨的汽車(chē)就成了后面汽車(chē)的“目標(biāo)車(chē)”,無(wú)論加速,減速,停車(chē),啟動(dòng),后面的汽車(chē)都會(huì)在瞬間之內(nèi)知曉,如果前面的汽車(chē)行駛一段時(shí)間之后,不再適合于自己的“目標(biāo)車(chē)”,駕駛員可以重新選擇另一輛“目標(biāo)車(chē)”。汽車(chē)防撞系統(tǒng)流程圖汽車(chē)防撞系統(tǒng)流程圖 圖3.3 脈沖雷達(dá)測(cè)距原理圖測(cè)距公式: R=(1/2)c*T其中R為兩車(chē)的相對(duì)距離, c為光速, T為從發(fā)射激光束到接受激光的時(shí)間間隔.n信號(hào)的瞬時(shí)頻率隨時(shí)間線性變換,當(dāng)前方有單目標(biāo)回波時(shí),發(fā)射信號(hào)和反射信號(hào)將進(jìn)行混頻,混頻后

7、得到的信號(hào)中含有目標(biāo)的相對(duì)距離和相對(duì)速度的信息。 n現(xiàn)記f0作為發(fā)射信號(hào)中心頻率,B為頻帶寬度,T為掃頻周期,調(diào)制信號(hào)為三角波,c為光速,R和V分別為目標(biāo)的相對(duì)距離和相對(duì)速度。在發(fā)射信號(hào)的上升段和下降段,中頻輸出信號(hào)可以表示為: 若忽視汽車(chē)與目標(biāo)間的相對(duì)速度,則兩車(chē)的距離可以表示為: R=(1/2)c*T其中R為相對(duì)距離, c為光速, T為從發(fā)射到接受的時(shí)間間隔.存在的問(wèn)題問(wèn)題一:由于采用單脈沖雷達(dá),只能測(cè)量距離,角度,不能判定被測(cè)物的由于采用單脈沖雷達(dá),只能測(cè)量距離,角度,不能判定被測(cè)物的類(lèi)別和性質(zhì),并且隨著路面的變化和車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)致目標(biāo)失蹤。類(lèi)別和性質(zhì),并且隨著路面的變化和車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)

8、致目標(biāo)失蹤。 改進(jìn)對(duì)策:采用雙脈沖雷達(dá),利用激光反射的相干性,使用激光全息攝像技改進(jìn)對(duì)策:采用雙脈沖雷達(dá),利用激光反射的相干性,使用激光全息攝像技術(shù),對(duì)被測(cè)物進(jìn)行全息攝像,經(jīng)術(shù),對(duì)被測(cè)物進(jìn)行全息攝像,經(jīng)CPU模擬處理,辨別確定被測(cè)物的類(lèi)別和性模擬處理,辨別確定被測(cè)物的類(lèi)別和性質(zhì),質(zhì),已擴(kuò)束的激光已擴(kuò)束的激光1全息傳感器全息傳感器2全息傳感器全息傳感器1n問(wèn)題二一般所說(shuō)的雷達(dá)為一次雷達(dá),通過(guò)目標(biāo)的二次散射功率來(lái)發(fā)現(xiàn) 目標(biāo)。二次散射功率取決于目標(biāo)接收到的功率和目標(biāo)的雷達(dá)截面積。由于雷達(dá)截面積與目標(biāo)的材質(zhì)(導(dǎo)電性能)、幾何形狀、尺寸、雷達(dá)波束的照射方向以及載波頻率等諸多因素有關(guān),不確定性太大,要求雷

9、達(dá)接收機(jī)有很大的動(dòng)態(tài)范圍。而且,二次散射功率向全空間輻射,返回雷達(dá)接收天線的功率只占很小一部分,回波功率太弱會(huì)降低雷達(dá)作用距離。n改進(jìn)策略:采用雙機(jī)應(yīng)答式測(cè)距采用雙機(jī)應(yīng)答式測(cè)距n甲機(jī)所完成的功能與一次雷達(dá)相同,向目標(biāo)車(chē)輛發(fā)射信號(hào)、接收信號(hào),然后計(jì)算車(chē)甲機(jī)所完成的功能與一次雷達(dá)相同,向目標(biāo)車(chē)輛發(fā)射信號(hào)、接收信號(hào),然后計(jì)算車(chē)距。乙機(jī)位于目標(biāo)車(chē)輛的尾部,其接收甲機(jī)發(fā)射來(lái)的頻率為距。乙機(jī)位于目標(biāo)車(chē)輛的尾部,其接收甲機(jī)發(fā)射來(lái)的頻率為F1的信號(hào),經(jīng)放大,變的信號(hào),經(jīng)放大,變換到頻率換到頻率F2后再回發(fā)給甲機(jī),對(duì)信號(hào)進(jìn)行透明轉(zhuǎn)發(fā)。后再回發(fā)給甲機(jī),對(duì)信號(hào)進(jìn)行透明轉(zhuǎn)發(fā)。(甲機(jī)發(fā)射頻率即為乙機(jī)接收甲機(jī)發(fā)射頻率即為

10、乙機(jī)接收頻率,甲機(jī)接收頻率即為乙機(jī)發(fā)射頻率,頻率,甲機(jī)接收頻率即為乙機(jī)發(fā)射頻率,4.雷達(dá)測(cè)距的性能指標(biāo)n1最大探測(cè)距離n2測(cè)距精度n3最小探測(cè)距離n4方位精度n5其他特殊情況最大的探測(cè)距離最大的探測(cè)距離激光射束形狀和掃描區(qū)域 彎道的探測(cè)情況彎道的探測(cè)情況垂直方向探測(cè)區(qū)域垂直方向探測(cè)區(qū)域探測(cè)領(lǐng)域隨發(fā)射接收光面的沾污而劣化探測(cè)領(lǐng)域隨發(fā)射接收光面的沾污而劣化5. 幾種常見(jiàn)的雷達(dá)測(cè)距n5.1 毫米波雷達(dá)測(cè)距n5.2 激光雷達(dá)測(cè)距n5.3 超聲波倒車(chē)?yán)走_(dá) 汽車(chē)各種測(cè)距方式主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比表汽車(chē)各種測(cè)距方式主要技術(shù)參數(shù)對(duì)比表5.1毫米波雷達(dá)測(cè)距 防撞雷達(dá),防止汽車(chē)追尾n對(duì)于車(chē)載雷達(dá),一般選用60GHz 、

11、 120GHz 、 180GHz波段,對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)為毫米級(jí),故成為毫米波雷達(dá).n特點(diǎn):毫米波雷達(dá)采用的是波長(zhǎng)在1厘米以下,頻率30GHZ以上的高頻電磁波,波長(zhǎng)短,沿直線傳播且穿透能力強(qiáng),幾乎不受氣象條件的影響。n不但可以探測(cè)目標(biāo)的距離,還可測(cè)出相對(duì)速度和方位。n價(jià)格昂貴,n需要防止電磁波干擾由于存在其它通訊設(shè)施電磁波干擾以及雷達(dá)裝間的相互影響,容易發(fā)生誤動(dòng)作. 雷達(dá)向空間發(fā)射一定重復(fù)周期高脈沖,當(dāng)遇到目標(biāo),目標(biāo)反射回來(lái)的反射波將滯后與發(fā)射高頻脈沖一個(gè)時(shí)間差Tr和一個(gè)頻移(多譜勒頻移)Fa,根據(jù)雷達(dá)可以測(cè)出這個(gè)數(shù)據(jù),就可以依據(jù)以下公式斷定目標(biāo)位置: R=1/2C*Tr; R-目標(biāo)到雷達(dá)的距離; F

12、a=2Vr/ C-光速; Tr-電波往返目標(biāo)與雷達(dá)的時(shí)間間隔; Fa-多譜勒頻移; -雷達(dá)波波長(zhǎng); Vr-雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)速度 5.2 激光測(cè)距雷達(dá)n原理同毫米波雷達(dá)測(cè)距,用窄激光束對(duì)某一地區(qū)進(jìn)行掃描。n特點(diǎn):快,準(zhǔn),遠(yuǎn),抗干擾,無(wú)盲區(qū),測(cè)距精度可達(dá)厘米甚至毫快,準(zhǔn),遠(yuǎn),抗干擾,無(wú)盲區(qū),測(cè)距精度可達(dá)厘米甚至毫 米級(jí),比微波雷達(dá)高近米級(jí),比微波雷達(dá)高近100倍,測(cè)角精度理論上比微波雷達(dá)高一義倍倍,測(cè)角精度理論上比微波雷達(dá)高一義倍以上。以上。n 遇到下雨或大霧等惡劣天氣,穿透能力差,導(dǎo)致無(wú)法使用遇到下雨或大霧等惡劣天氣,穿透能力差,導(dǎo)致無(wú)法使用圖3.2 激光雷達(dá)方框圖激光雷達(dá)的組成如下圖所示:防追

13、尾碰撞激光報(bào)警裝置n該裝置結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。包括發(fā)光部、受光部、計(jì)算車(chē)間距離的激光雷達(dá)、信號(hào)處理電路、顯示裝置、車(chē)速傳感器等構(gòu)成。 圖3.4 報(bào)警裝置的車(chē)載狀態(tài) n激光鏡頭使用脈沖狀的紅外激光束向前方照射,并利用汽車(chē)后部反光鏡的反射光,通過(guò)受光裝置檢測(cè)其距離,如圖3.5所示。使用汽車(chē)反光鏡,檢測(cè)距離約l00m,最大檢測(cè)寬度35m以上。為了能區(qū)分出道路兩側(cè)的樹(shù)木橋墩和車(chē)輛前方真正的障礙物,可采用三光束工作方式,通過(guò)控制電路的控制,三個(gè)激光束中的左右激光束,取其35m以上,寬度控制在3.5m,中央激光束的檢測(cè)距離取其200米以上,這樣就能夠更早地檢測(cè)插入車(chē)流的車(chē)輛,并發(fā)出警報(bào),同時(shí)它還能抑制彎道

14、上的標(biāo)識(shí)物而發(fā)出報(bào)警,使之達(dá)到最優(yōu)狀態(tài),如圖3.6所示。 圖3.5 激光通過(guò)路線圖 3.6檢測(cè)范圍和報(bào)警發(fā)生范圍掃描式激光雷達(dá) n最早的前方用激光雷達(dá)都是發(fā)出多股激光光束,并依靠前行車(chē)反光鏡的反射時(shí)間來(lái)測(cè)定其距離。但是由于要對(duì)前方車(chē)輛進(jìn)行辨別,因而開(kāi)始采用掃描式激光雷達(dá),如圖3.7所示。 n 這樣,不但至前方車(chē)的距離可測(cè),而且其橫向方向的位置也可以檢測(cè)出來(lái)。此技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,可使掃描角度成360。這時(shí),如果在車(chē)輛四角設(shè)置類(lèi)似的掃描式激光雷達(dá),那么車(chē)輛四周的障礙物都可以測(cè)出。 圖3.7掃描式激光雷達(dá) 5.3 超聲波電子倒車(chē)?yán)走_(dá)圖4.1 倒車(chē)?yán)走_(dá)位置示意圖超聲波測(cè)距特點(diǎn):n優(yōu)點(diǎn):1對(duì)雨,雪,霧穿

15、透能力強(qiáng),衰減小, 2測(cè)距原理簡(jiǎn)單,制作方便,成本低,n缺點(diǎn):n 1 超聲波的傳播速度相對(duì)電磁波來(lái)說(shuō)慢的多,當(dāng)汽車(chē)在高超聲波的傳播速度相對(duì)電磁波來(lái)說(shuō)慢的多,當(dāng)汽車(chē)在高 速公速公 路上以每小時(shí)上百公里速度行駛時(shí),超聲波測(cè)距無(wú)法跟上車(chē)距實(shí)時(shí)變路上以每小時(shí)上百公里速度行駛時(shí),超聲波測(cè)距無(wú)法跟上車(chē)距實(shí)時(shí)變化,誤差大?;?,誤差大。n 2. 方向性差,發(fā)散角大。由于發(fā)散使能量大大降低,另一方面方向性差,發(fā)散角大。由于發(fā)散使能量大大降低,另一方面使分辨力下降,導(dǎo)致將鄰車(chē)道的車(chē)輛或路邊的物體作為測(cè)量目標(biāo)使分辨力下降,導(dǎo)致將鄰車(chē)道的車(chē)輛或路邊的物體作為測(cè)量目標(biāo)n結(jié)論:由于上述問(wèn)題,超聲波雷達(dá)應(yīng)用在汽車(chē)倒車(chē)方面。在倒車(chē)過(guò)程中,可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)尾部左后,右后數(shù)米以內(nèi)障礙物和突然闖入危險(xiǎn)區(qū)域內(nèi)的行人的自動(dòng)探測(cè)并告警。n n超聲波測(cè)距原理: S=CT/2 T為自發(fā)射出超聲波到接收到反射回波的這段時(shí)間差,C是超聲波的聲速,在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下=340/。 圖4.2超聲波測(cè)距原理n超聲波電子倒車(chē)?yán)走_(dá)的組成: 探頭(感應(yīng)器):發(fā)出和接收超聲波信號(hào),具有聲電 和電聲轉(zhuǎn)換功能. CPU:對(duì)于檢測(cè)到的信號(hào)作出反應(yīng)并發(fā)出相應(yīng)的指令. 放大設(shè)備:用于放大超聲波信號(hào). 顯示設(shè)備和語(yǔ)音報(bào)警設(shè)備. 圖4.3倒車(chē)?yán)走_(dá)硬件電路框圖 4.4 幾款倒車(chē)?yán)走_(dá)6.存在的問(wèn)題及發(fā)展趨勢(shì)n1誤報(bào)率很高:由于路況十分復(fù)雜,而劣天氣的影響,使得

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