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基于DSP技術(shù)的汽車(chē)防撞雷達(dá)院系:電子與信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè):通信1111班小組成員:何海青陳洋陳家遙沈冬冬2014年2月24日基于DSP技術(shù)的汽車(chē)防撞雷達(dá)摘要:簡(jiǎn)要介紹了各種汽車(chē)防撞技術(shù)的工作原理,分析比較了現(xiàn)有汽車(chē)防撞技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),提出了一種基于DSP的可實(shí)現(xiàn)低成本、高精度測(cè)距測(cè)速功能的FMCW(調(diào)頻連續(xù)波)防撞雷達(dá)設(shè)計(jì)方案,具體介紹了DSP在系統(tǒng)中的作用。關(guān)鍵詞:FMCW雷達(dá)數(shù)字信號(hào)處理DSP汽車(chē)防撞一?弓I言隨著汽車(chē)工業(yè)和高速高架公路的飛速發(fā)展,汽車(chē)撞車(chē)事故也隨之日益嚴(yán)重,汽車(chē)防撞報(bào)警是迫切需要解決的問(wèn)題。歐洲的一項(xiàng)研究表明:駕駛員只要在有碰撞危險(xiǎn)的0.5秒前得到預(yù)警,就可以避免至少60%的追尾撞車(chē)事故,30%的迎面撞車(chē)事故和50%的路面相關(guān)事故;若有1秒鐘的“預(yù)警”時(shí)間,則可避免90%的事故⑴。若在夜、雨、雪、霧等的惡劣天氣的條件下,能見(jiàn)度低,司機(jī)視距小,汽車(chē)中、高速行駛時(shí),很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)前方障礙物并采取必要的措施。從經(jīng)濟(jì)方面來(lái)說(shuō),我國(guó)的橋梁、高速公路的運(yùn)行受天氣條件影響較大,為保證車(chē)輛運(yùn)行的安全,遇到惡劣天氣時(shí)以限制車(chē)速或關(guān)閉來(lái)達(dá)到安全的目的,這樣毫無(wú)疑問(wèn)將影響道路的通過(guò)能力,除造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失外,使本來(lái)就擁擠的道路更加阻塞。近幾十年來(lái),美、日、西歐等國(guó)家的多家汽車(chē)公司投入巨資,先后研究成功了24GHZ,60GHZ,76.5GHZ的單脈沖和調(diào)制連續(xù)波兩種體制的雷達(dá)系統(tǒng)。這兩種體制的雷達(dá)系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)外的一些汽車(chē)公司的高檔轎車(chē)中應(yīng)用,但由于其成本高昂而未得到廣泛的應(yīng)用⑵。近年來(lái),價(jià)格低廉的高性能DSP芯片的出現(xiàn)極大的推動(dòng)了汽車(chē)防撞雷達(dá)技術(shù)研究,使汽車(chē)防撞雷達(dá)系統(tǒng)在普通汽車(chē)中的實(shí)現(xiàn)和普及成為可能。由于受經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)展水平等因素的影響,我國(guó)在汽車(chē)防撞技術(shù)上的研究起步較晚,因此,相對(duì)于國(guó)外的防撞研究水平,我國(guó)的車(chē)用防撞系統(tǒng)的研制水平仍然較低。但這方面的研究已得到業(yè)界的高度重視。本文簡(jiǎn)要介紹和比較汽車(chē)防撞的幾種探測(cè)方式,重點(diǎn)介紹雷達(dá)的工作原理。在此基礎(chǔ)上,提出了一種基于DSP的FMCW防撞雷達(dá)設(shè)計(jì)方案,實(shí)現(xiàn)FMCW雷達(dá)低成本,高精度的測(cè)距測(cè)速功能,具體介紹了DSP在系統(tǒng)中的作用。二基于DSP的汽車(chē)防撞探測(cè)技術(shù)1?智能汽車(chē)的定義智能汽車(chē)是指一輛汽車(chē)具有規(guī)劃自己的行車(chē)路線,感知周?chē)h(huán)境,針對(duì)實(shí)時(shí)交通情況做出合理決策,并輔助、甚至代替駕駛員進(jìn)行車(chē)輛駕駛的能力,從而減小駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度,使車(chē)輛行駛過(guò)程變得更加安全、舒適、高效。2?汽車(chē)防撞警示系統(tǒng)汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)是在汽車(chē)行駛過(guò)程中,對(duì)汽車(chē)的前后以及左右方向的危險(xiǎn)物進(jìn)行檢測(cè),在汽車(chē)與危險(xiǎn)物具有發(fā)生碰撞危險(xiǎn)的情況下進(jìn)行聲光報(bào)警,提示駕駛員危險(xiǎn)物的方向以及危險(xiǎn)程度,以便讓駕駛員采取相應(yīng)的措施,避免追尾碰撞和側(cè)掛等交通事故的發(fā)生。(1) 測(cè)距裝置:測(cè)距裝置采用雷達(dá)、超聲波、激光、紅外線等測(cè)定障礙物與汽車(chē)的距離。(2) 處理裝置:電腦根據(jù)事先儲(chǔ)存的程序,判斷出有碰撞的危險(xiǎn)時(shí),向駕駛員發(fā)出警報(bào)。如果駕駛員未能及時(shí)采取措施,則向制動(dòng)器、轉(zhuǎn)向器等發(fā)出指令,以保證汽車(chē)的安全。(3) 執(zhí)行裝置:警報(bào)及執(zhí)行裝置警報(bào)器一般采用燈光信號(hào)或伴隨聲音信號(hào)。執(zhí)行裝置可根據(jù)電腦發(fā)出的指令使制動(dòng)器制動(dòng),或使轉(zhuǎn)向器轉(zhuǎn)彎。雷達(dá)防撞預(yù)警系統(tǒng)雷達(dá)汽車(chē)防撞預(yù)警系統(tǒng)利用電磁波發(fā)射后遇到障礙物反射的回波對(duì)其不斷檢測(cè)和計(jì)算與前方或后方障礙物的相對(duì)速度和距離,經(jīng)過(guò)分析判斷對(duì)構(gòu)成危險(xiǎn)的目標(biāo)按程度不同進(jìn)行報(bào)警。該系統(tǒng)由收發(fā)天線、定向耦合器、混頻器、調(diào)頻振蕩器和處理單元組成。防撞雷達(dá)方案比較目前汽車(chē)防撞技術(shù)按目標(biāo)探測(cè)方式和工作原理的不同,主要有超聲波、紅外線、激光、以及毫米波。其中前三種雷達(dá)都是通過(guò)對(duì)回波的檢測(cè),與發(fā)射信號(hào)相比較,得到脈沖或相位的差值,從而計(jì)算出發(fā)射波與回波的時(shí)間差,再分別根據(jù)超聲波、紅外線、激光在空氣中的傳播速度,計(jì)算出與目標(biāo)物的相對(duì)距離。這三種技術(shù)的汽車(chē)?yán)走_(dá)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,成本低,但使用過(guò)程存在不同程度的局限性。紅外線測(cè)距在技術(shù)上難度不大,但受天氣的影響較大,且紅外線穿透力不強(qiáng),在長(zhǎng)距離探測(cè)方面不能滿足汽車(chē)防護(hù)的要求。超聲波同樣受大氣紊流和氣渦的影響,且探測(cè)距離短,主要用于倒車(chē)?yán)走_(dá)等近距離測(cè)距。激光具有高單色性、方向性和相干性強(qiáng)等特點(diǎn),且光束很少擴(kuò)散,波速能量集中,適用于遠(yuǎn)距離測(cè)量,在汽車(chē)防撞領(lǐng)域,受汽車(chē)的震動(dòng)以及反射鏡面磨損、污染、灰塵等因素影響較大,測(cè)距精度難以保證。與超聲波、紅外線、激光相比,毫米波雷達(dá)分辨率高,不受大氣絮流的影響,而且穿透能力很強(qiáng),受雨、雪、霧等天氣的影響較小。同時(shí)毫米波多譜勒頻移大,不僅可以測(cè)量目標(biāo)的距離,還可以測(cè)量目標(biāo)的相對(duì)速度,因較好的穩(wěn)定性和適應(yīng)性特點(diǎn),毫米波雷達(dá)成為最有發(fā)展?jié)摿Φ钠?chē)防撞雷達(dá)。5?基于DSP的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)毫米波雷達(dá)原理毫米波波長(zhǎng)為1?10mm。毫米波雷達(dá)向外發(fā)射的頻率隨時(shí)間線性變化,若有目標(biāo)時(shí)反射回波,將發(fā)射波和回波信號(hào)混頻,從混頻器輸出,再?gòu)念l譜信號(hào)中提取含目標(biāo)相對(duì)距離和速度信息。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)」/INTOTHS1206Rco-irwi1顯乎11搖口DSPUJUJP3.2cso:ON-CLK0 _1ITMS320VC5416RJDIIVWR-thCS1ATgQC51A0-A15CPLDADO-AD7| |fir&逹|蘆閭氏警電曙電源晉理橫駆—―N閃冉 RD 服處理器采用單片機(jī)AT89C51,完成人機(jī)交互、顯示和控制報(bào)警。鍵盤(pán)可設(shè)置系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和不同條件(如車(chē)速、不同天氣狀況)下的報(bào)警門(mén)限,并由LCD中文顯示。當(dāng)主處理器運(yùn)算后得到目標(biāo)信號(hào)(距離、車(chē)速)超過(guò)設(shè)定門(mén)限時(shí),經(jīng)AT89C51控制聲光報(bào)警。應(yīng)用程序采用在C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程的方法,即在算法運(yùn)算量大的地方,用手工編寫(xiě)的方法編寫(xiě)匯編語(yǔ)言,而運(yùn)算量不大的地方則采用高級(jí)語(yǔ)言。DSP需要完成的主要任務(wù)有:(1)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換并讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù);(2)目標(biāo)提取,包括數(shù)據(jù)預(yù)處理(雜波濾除、時(shí)域加窗)、功率譜估計(jì)、譜峰搜索、危險(xiǎn)目標(biāo)確定。系統(tǒng)軟件流程圖三?結(jié)論汽車(chē)防撞雷達(dá)是提高汽車(chē)行駛安全的方法之一,我們可以將調(diào)頻連

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