汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì),汽車,碰撞,預(yù)警,執(zhí)行,系統(tǒng),設(shè)計(jì) 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告 論文(設(shè)計(jì))題目 汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)的 設(shè)計(jì) 作者所在系別 機(jī)電工程學(xué)院作者所在專業(yè) 車輛工程 作者所在班級 B13141 作 者 姓 名 郝鵬飛作 者 學(xué) 號 201322370 指導(dǎo)教師姓名 許文娟 指導(dǎo)教師職稱 講師 完 成 時(shí) 間 2017 年 3 月 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制 說 明 1．根據(jù)學(xué)?！懂厴I(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作暫行規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫《畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告》。開題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。 2．開題報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)教研室論證審查后生效。開題報(bào)告不合格者需重做。 3．畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，外來語要同時(shí)用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。 4．開題報(bào)告中除最后一頁外均由學(xué)生填寫，填寫各欄目時(shí)可根據(jù)內(nèi)容另加附頁。 5．閱讀的主要參考文獻(xiàn)應(yīng)在 10 篇以上（土建類專業(yè)文獻(xiàn)篇數(shù)可酌減）， 其中外文資料應(yīng)占一定比例。本學(xué)科的基礎(chǔ)和專業(yè)課教材一般不應(yīng)列為參考資料。 6．參考文獻(xiàn)的書寫應(yīng)遵循畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范要求。 7．開題報(bào)告應(yīng)與文獻(xiàn)綜述、一篇外文譯文和外文原文復(fù)印件同時(shí)提交， 文獻(xiàn)綜述的撰寫格式按畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范的要求，字?jǐn)?shù)在 2000 字左右。 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告 學(xué)生姓名 郝鵬飛 專 業(yè) 車輛工程 班 級 B13141 指導(dǎo)教師姓名 許文娟 職 稱 講師 工作單位 北華航天工業(yè)學(xué)院 課題來源 教師自擬課題 課題性質(zhì) 應(yīng)用設(shè)計(jì) 課題名稱 汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的科學(xué)依據(jù) （科學(xué)意義和應(yīng)用前景，國內(nèi)外研究概 況，目前技術(shù)現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢等） 一、科學(xué)意義和應(yīng)用前景 目前汽車防撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)主要有激光防撞、毫米波雷達(dá)防撞、超聲波、DGPS 防撞和紅外防撞。其基本原理為通過傳感器的實(shí)時(shí)信號采集傳輸給單片機(jī)，當(dāng)單片機(jī)檢測出危險(xiǎn)距離時(shí)實(shí)行相應(yīng)的警報(bào)或執(zhí)行。 隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，汽車擁有量呈現(xiàn)逐年增加的局面。與此同時(shí)由汽車帶來的種種安全問題也成為國內(nèi)乃至世界所面臨的巨大挑戰(zhàn)，本系統(tǒng)將信號采集與前進(jìn)危險(xiǎn)執(zhí)行結(jié)合起來，可以很好的輔助駕駛員安全行駛。 二、國內(nèi)外研究概況 1、國外研究狀況 汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)主要分為紅外防撞、激光防撞、超聲波和可視倒車?yán)走_(dá)防撞四種系統(tǒng)。全球每年基本都要對新型汽車進(jìn)行碰撞試驗(yàn)， European New Car Assessment Programme（歐洲新車安全評鑒協(xié)會）還有就是 Institute of Integral Handwriting Studies(美國高速公路安全保險(xiǎn)協(xié)會)公布的數(shù)據(jù)是期中比較有公信力兩家汽車碰撞試驗(yàn)。這些數(shù)據(jù)顯示了在汽車運(yùn)行過程中危險(xiǎn)因素對于生命的安全。由此可見防碰撞系統(tǒng)還是十分有應(yīng)用的理由，目前很多汽車廠商將防碰撞系統(tǒng)采用到汽車上。日本的 Smartway 智能公路方案提出，通過 DSRCH 和先進(jìn)的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)來輔佐駕駛員安全駕駛，同時(shí)在車輛上采用諸如車道行駛道路穩(wěn)定、實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)播前方天氣狀況、車距保持等車輛主動安全技術(shù)。Smartway 計(jì)劃在 2015 年將在日本全國范圍內(nèi)應(yīng)用。美國的 In-VehicleInfotainment 打算聯(lián)合其它汽車廠商發(fā)展自身碰撞預(yù)警系統(tǒng)和相應(yīng)的試驗(yàn)室。歐洲代理基金對于防碰撞技術(shù)的研究也持贊同的意見。 根據(jù)美國安全部稱：在美國平均每年因汽車追尾導(dǎo)致受傷人數(shù)高達(dá)五十萬人，期中死亡的人數(shù)達(dá)到一千七百人，當(dāng)汽車裝備防碰撞預(yù)警系統(tǒng)后，可以減少百分之八十以上的人員傷亡，為減少追尾事故及人員傷亡，提議各大汽車制造商為所有乘用車和商用車安裝防碰撞預(yù)警系統(tǒng)。 第 5 頁 共 5 頁 2、國內(nèi)研究狀況 汽車在 21 世紀(jì)的概念將是一個(gè)根本性的變化。汽車將由原先的以機(jī)械為主的機(jī)電一體產(chǎn)物向更多的電子設(shè)備轉(zhuǎn)換。中國汽車工業(yè)將面臨巨大的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。我國汽車保有量已達(dá)到 1.2 億輛，道路車輛的行駛密度大幅增加，交通事故發(fā)生的頻率也隨之增加，為減少財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，汽車防碰撞系統(tǒng)顯得尤為重要，我國的汽車倒車防碰撞系統(tǒng)已經(jīng)有了很長時(shí)間的研究從一開始的汽車倒車?yán)忍嵝训浆F(xiàn)在的超聲波測距，技術(shù)上也達(dá)到了一定的可靠性。 東風(fēng)公司的“藍(lán)鳥至尊”采用了更為先進(jìn)的導(dǎo)航防碰撞系統(tǒng)。目前市場上的倒車?yán)走_(dá)品牌主要有躍眾、鐵將軍、豪迪、瑞路、貝奧斯、福萊特、征服者。國內(nèi)外對于汽車防碰撞預(yù)警的方法一般為雷達(dá)防碰撞和后成像技術(shù)，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者在測距方面比較有優(yōu)勢但一些坑洼地則會檢測不到使駕駛員誤判產(chǎn)生很嚴(yán)重的后果比如下大雨后陷入深水區(qū)淹沒汽車，后者可以很清楚的看到后方的視野但距離就很難測出，如果在能見度低的環(huán)境下汽車行駛時(shí)突遇危險(xiǎn)狀況往往來不及躲避，造成非常大的損失。同時(shí)如果在有一定的車速下，缺少對障礙物的提前判斷， 可見對汽車行駛途中遇障礙物減速制動這方面的研究也刻不容緩。 三、技術(shù)現(xiàn)狀 汽車的發(fā)展往往會體現(xiàn)了一個(gè)國家經(jīng)濟(jì)的活力水平，而與汽車相關(guān)的配套設(shè)施則更加表現(xiàn)出人們生活質(zhì)量的好壞，如今我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展已處于相對穩(wěn)定狀態(tài)人們?nèi)找嬖鲩L的消費(fèi)需求迫使對于汽車的安全穩(wěn)定產(chǎn)生了更高的要求，擁有一輛更加安全美觀性能強(qiáng)的車是每一個(gè)汽車擁有者的心聲。并且隨著微機(jī)技術(shù)、先進(jìn)制造業(yè)和控制理論迅猛發(fā)展，為防碰撞執(zhí)行的實(shí)現(xiàn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，預(yù)警執(zhí)行將代替駕駛?cè)俗陨矸磻?yīng)不及時(shí)所帶來的危害。對該系統(tǒng)的研究需要走理論指導(dǎo)和仿真、實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的道路，但是現(xiàn)在的防碰撞系統(tǒng)還需進(jìn)一步的創(chuàng)新突破。執(zhí)行機(jī)構(gòu)更加準(zhǔn)確的工作，防碰撞預(yù)警系統(tǒng)的價(jià)格合理性、可靠性，以及更多高性能電子設(shè)備技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的增加將使汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)更有意義。 設(shè)計(jì)內(nèi)容和預(yù)期成果 （具體設(shè)計(jì)內(nèi)容和重點(diǎn)解決的技術(shù)問題、預(yù)期成果和提供的形式） 一、設(shè)計(jì)內(nèi)容 1、設(shè)計(jì)一種基于單片機(jī)防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)，適合于家用轎車； 2、設(shè)計(jì)基于單片機(jī)的倒車遇障礙報(bào)警執(zhí)行系統(tǒng)，可以輔助駕駛員安全行駛，外觀性好，駕駛安全性提高。 3、汽車防碰撞執(zhí)行系統(tǒng)在遇到緊急情況，同時(shí)駕駛員未作出相應(yīng)的減速或者制動時(shí)采取緊急制動的措施 二、預(yù)期成果 電路部分 電路設(shè)計(jì)部分，以單片機(jī)為例，要求提供以下設(shè)計(jì)資料，并裝訂成冊： 1）裝置結(jié)構(gòu)圖 2）單片機(jī)硬件電路 3）完整的程序資料，包括程序流程圖、程序代碼及注解 4)所用器件、元件的明細(xì)表 5)操作原理簡要說明 擬采取設(shè)計(jì)方法和技術(shù)支持 （設(shè)計(jì)方案、技術(shù)要求、實(shí)驗(yàn)方法和步 驟、可能遇到的問題和解決辦法等） 一、設(shè)計(jì)方法 查閱資料，設(shè)計(jì)電控懸架系統(tǒng)的參數(shù)并運(yùn)用 caxa、solidworks 畫出產(chǎn)品的零件圖和裝配圖。用 caxa 畫出單片機(jī)硬件電路圖、裝置結(jié)構(gòu)圖和程序流程圖，采用 visual c6.0++編寫程序。 二、技術(shù)要求 通過防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)輔助駕駛員安全行駛，在突遇危險(xiǎn)的時(shí)刻當(dāng)駕駛員未作出相應(yīng)的措施時(shí)可以自動減速制動 三、可能遇到的問題 若編寫單片機(jī)程序不正確，可以請教老師； 若裝配圖有問題，可以查閱資料或請教同學(xué)； 實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目已具備的條件 （包括過去學(xué)習(xí)、研究工作基礎(chǔ)，現(xiàn)有主要儀器設(shè)備、設(shè)計(jì)環(huán)境及協(xié)作條件等） 汽車設(shè)計(jì)參數(shù)可參考相關(guān)書籍自己擬定 1-4 周 完成開題報(bào)告 5-6 周 查閱資料，確定設(shè)計(jì)方案 7-8 周 計(jì)算所需參數(shù) 9-10 周 畫出各個(gè)零件圖和裝配圖 11-12 周 畫出單片機(jī)硬件電路并編寫程序 13-14 周 細(xì)節(jié)工作，準(zhǔn)備答辯 各環(huán)節(jié)擬定階段性工作進(jìn)度 (以周為單位) 開 題 報(bào) 告 審 定 紀(jì) 要 時(shí) 間 地點(diǎn) 主持人 參會教師 姓 名 職 務(wù)（職 稱） 姓 名 職 務(wù)（職 稱） 論證情況摘要 記錄人： 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見 教研室主任簽名： 年 月 日 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述 設(shè)計(jì) (論文)題目 汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng) 的設(shè)計(jì) 作者所在系別 機(jī)電工程學(xué)院作者所在專業(yè) 車輛工程 作者所在班級 B13141 作 者 姓 名 郝鵬飛作 者 學(xué) 號 201322370 指導(dǎo)教師姓名 許文娟 指導(dǎo)教師職稱 講師 完 成 時(shí) 間 2017 年 3 月 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制 說 明 1．根據(jù)學(xué)?！懂厴I(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作暫行規(guī)定》，學(xué)生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)文獻(xiàn)綜述。文獻(xiàn)綜述作為畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。 2．文獻(xiàn)綜述應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 工作前期內(nèi)完成，由指導(dǎo)教師簽署意見并經(jīng)所在專業(yè)教研室審查。 3．文獻(xiàn)綜述各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，外來語要同時(shí)用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。 4．學(xué)生撰寫文獻(xiàn)綜述，閱讀的主要參考文獻(xiàn)應(yīng)在 10 篇以上（土建類專業(yè)文獻(xiàn)篇數(shù)可酌減），其中外文資料應(yīng)占一定比例。本學(xué)科的基礎(chǔ)和專業(yè)課教材一般不應(yīng)列為參考資料。 5．文獻(xiàn)綜述的撰寫格式按畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)撰寫規(guī)范的要求，字?jǐn)?shù)在 2000 字左右。文獻(xiàn)綜述應(yīng)與開題報(bào)告同時(shí)提交。 汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述 摘要： 為減少汽車的交通事故特別是最易發(fā)生的追尾事故，設(shè)計(jì)出一種基于超聲波測距，以單片機(jī)為 CPU 的汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)，本系統(tǒng)包括傳感器測距發(fā)散接受裝置，CPU 中央處理裝置，執(zhí)行制動裝置，通過傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳送 CPU 作出相應(yīng)的預(yù)警或制動。本產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念：簡單、方便、易通用化。 關(guān)鍵詞 汽車碰撞 防撞預(yù)警 超聲波 微處理器 行車安全 Summary of Design Literature of Anti - collision Early Warning Execution System for AutomobileAbstract Abstract： To reduce car traffic accidents, especially the most frequent rear-end accident, an anti-collision early warning execution system based on ultrasonic ranging and single-chip CPU is designed. The system includes sensor ranging divergence receiving device, CPU central processing unit , The implementation of the brake device, through the sensor's real-time data transfer CPU to make the appropriate warning or braking. The product design concept: simple, convenient, beautiful, easy to use. Key works： Car crash Anti-collision warning Ultrasonic microprocessor Driving safety 一、汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)意義及目的 到 2016 年我國的私家車擁有量突破 1.2 億，日益增加的汽車基數(shù)所帶來的交通安全也不容小視，尤其在上下班的高峰期中，由于車輛增多導(dǎo)致的長時(shí)間堵車容易讓人麻痹大意追尾的風(fēng)險(xiǎn)也會隨之增加，降低汽車的碰撞率，有效的保護(hù)駕駛?cè)思靶腥说纳踩拓?cái)產(chǎn)安全是研究防碰撞執(zhí)行系統(tǒng)的根本目的。本系統(tǒng)可以更好的輔助駕駛員行駛，在遇到障礙物(其他車輛、行人、樹木、以及路邊設(shè)施等)的同時(shí)可以及時(shí)的作出警報(bào)和采取相應(yīng)的措施，減少由事故帶來的損失和傷害。據(jù)以往研究人員統(tǒng)計(jì)不同危險(xiǎn)工況下駕駛員制動反應(yīng)時(shí)間平均分布在 1.02-1.36s 之間，可見如果可以提前幾秒對駕駛員進(jìn)行危險(xiǎn)預(yù)警，駕駛員可以提早終止加速，就會大大降低事故的發(fā)生 第 5 頁 共 4 頁 二、汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)的國內(nèi)外現(xiàn)狀 （一）國外研究現(xiàn)狀 汽車防撞預(yù)警系統(tǒng)主要分為紅外防撞、激光防撞、超聲波和可視倒車?yán)走_(dá)防撞四種系統(tǒng)。全球每年基本都要對新型汽車進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，European New Car Assessment Programme （歐洲新車安全評鑒協(xié)會）還有就是 Institute of Integral Handwriting Studies(美國高速公路安全保險(xiǎn)協(xié)會)公布的數(shù)據(jù)是期中比較有公信力兩家汽車碰撞試驗(yàn)。這些數(shù)據(jù)顯示了在汽車運(yùn)行過程中危險(xiǎn)因素對于生命的安全。由此可見防碰撞系統(tǒng)還是十分有應(yīng)用的理由，目前很多汽車廠商將防碰撞系統(tǒng)采用到汽車上。日本的 Smartway 智能公路方案提出，通過 DSRCH 和先進(jìn)的汽車導(dǎo)航系統(tǒng)來輔佐駕駛員安全駕駛，同時(shí)在車輛上采用諸如車道行駛道路穩(wěn)定、實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)播前方天氣狀況、車距保持等車輛主動安全技術(shù)。Smartway 計(jì)劃在 2015年將在日本全國范圍內(nèi)應(yīng)用。美國的 In-VehicleInfotainment 打算聯(lián)合其它汽車廠商發(fā)展自身碰撞預(yù)警系統(tǒng)和相應(yīng)的試驗(yàn)室。歐洲代理基金對于防碰撞技術(shù)的研究也持贊同的意見。根據(jù)美國安全部稱：在美國平均每年因汽車追尾導(dǎo)致受傷人數(shù)高達(dá)五十萬人，期中死 亡的人數(shù)達(dá)到一千七百人，當(dāng)汽車裝備防碰撞預(yù)警系統(tǒng)后，可以減少百分之八十以上的人員傷亡，為減少追尾事故及人員傷亡，提議各大汽車制造商為所有乘用車和商用車安裝防碰撞預(yù)警系統(tǒng)。 （二）國內(nèi)研究現(xiàn)狀 汽車在 21 世紀(jì)的概念將是一個(gè)根本性的變化。汽車將由原先的以機(jī)械為主的機(jī)電一體產(chǎn)物向更多的電子設(shè)備轉(zhuǎn)換。中國汽車工業(yè)將面臨巨大的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)。我國汽車保有量已達(dá)到 1.2 億輛，道路車輛的行駛密度大幅增加，交通事故發(fā)生的頻率也隨之增加，為減少財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡，汽車防碰撞系統(tǒng)顯得尤為重要，我國的汽車倒車防碰撞系統(tǒng)已經(jīng)有了很長時(shí)間的研究從一開始的汽車倒車?yán)忍嵝训浆F(xiàn)在的超聲波測距，技術(shù)上也達(dá)到了一定的可靠性。 東風(fēng)公司的“藍(lán)鳥至尊”采用了更為先進(jìn)的導(dǎo)航防碰撞系統(tǒng)。目前市場上的倒車?yán)走_(dá)品牌主要有躍眾、鐵將軍、豪迪、瑞路、貝奧斯、福萊特、征服者。國內(nèi)外對于汽車防碰撞預(yù)警的方法一般為雷達(dá)防碰撞和后成像技術(shù)，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者在測距方面比較有優(yōu)勢但一些坑洼地則會檢測不到使駕駛員誤判產(chǎn)生很嚴(yán)重的后果比如下大雨后陷入深水區(qū)淹沒汽車，后者可以很清楚的看到后方的視野但距離就很難測出，如果在能見度低的環(huán)境下汽車行駛時(shí)突遇危險(xiǎn)狀況往往來不及躲避，造成非常大的損失。同時(shí)如果在有一定的車速下，缺少對障礙物的提前判斷，可見對汽車行駛途中遇障礙物減速制動這方面的研究也刻不容緩。 三、汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 隨著車輛技術(shù)的不斷發(fā)展，由于汽車高速行駛的安全性要求，以及人們對駕駛及行人人身安全的要求，具有安全、簡便和美觀的基于單片機(jī)的超聲波汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)將是今后車輛懸架發(fā)展的趨勢。并且隨著控制理論、微機(jī)技術(shù)和先進(jìn)制造業(yè)的迅猛發(fā)展， 為防碰撞執(zhí)行的實(shí)現(xiàn)提供了物質(zhì)基礎(chǔ)，預(yù)警執(zhí)行將代替駕駛?cè)俗陨矸磻?yīng)不及時(shí)所帶來的危害。對該系統(tǒng)的研究需要走理論指導(dǎo)和仿真、實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的道路，但是現(xiàn)在的防碰撞系統(tǒng)在一些關(guān)鍵技術(shù)上還未取得實(shí)質(zhì)性的突破。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力、傳感器的成本和可靠性以及適用的車輛控制技術(shù)、高性能微處理器技術(shù)等領(lǐng)域?qū)⑹欠琅鲎差A(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)走向?qū)嵱没耐黄瓶?。 四、總結(jié) 汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)的研究與開發(fā)是車輛安全與控制領(lǐng)域的重要研究項(xiàng)目。隨著相關(guān)學(xué)科和科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得微機(jī)輔助駕駛員成為現(xiàn)實(shí)。汽車防碰撞預(yù)警執(zhí)行系統(tǒng)基于超聲波測距單片機(jī)作出相應(yīng)反應(yīng)，可以更加及時(shí)的作出遇行人障礙報(bào)警制動。我國的汽車行業(yè)將面臨著前所未有的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn)，使我國進(jìn)行汽車防碰撞報(bào)警系統(tǒng)的研究與發(fā)展顯得尤為重要。 五、參考文獻(xiàn) [1] 吳妍.汽車倒車?yán)走_(dá)預(yù)警系統(tǒng)研究[D].武漢：武漢理工大學(xué).2007 [2] T.Bosch and M.Lescure, Editors. 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[16]田穎常明. 汽車防碰撞報(bào)警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 汽車運(yùn)用, 2006(5):17-17. 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師： 年 月 日 專業(yè)教研室審查意見 負(fù)責(zé)人： 年 月 日 基于數(shù)字信號處理的脈沖激光測距技術(shù)汽車防撞應(yīng)用的方法 王志輝* 北京理工大學(xué)航天科學(xué)與工程學(xué)院 中國北京市中關(guān)村南街 5 號，100081 簡介： 針對汽車防碰撞應(yīng)用設(shè)計(jì)并實(shí)施了 1.55μm 數(shù)字激光雷達(dá)系統(tǒng)。 為了減少有霧，多雨和多雪的天氣對激光檢測的影響，采用了數(shù)字信號處理方法。 多脈沖相干平均算法用于將回聲的信噪比提高 N 倍。 采用相關(guān)檢測算法來估計(jì)飛行時(shí)間。 多時(shí)間延遲相關(guān)方法用于改善飛行時(shí)間估計(jì)分辨率。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文的數(shù)字信號處理方法可以減少惡劣天氣條件的影響，并獲得高范圍精度。 關(guān)鍵詞：汽車防碰撞，距離測量，激光測距，激光雷達(dá)，飛行時(shí)間估計(jì)，數(shù)字信號處理，弱信號檢測，相關(guān)檢測 1.介紹 交通事故頻繁發(fā)生，隨著汽車數(shù)量和速度的增加。安全駕駛越來越受到關(guān)注， 汽車防撞系統(tǒng)的研究也變得越來越熱。汽車防碰撞系統(tǒng)采用毫米波雷達(dá)或激光雷達(dá)檢測前進(jìn)車輛，障礙物，行人和測量物體的距離。當(dāng)距離小于安全距離時(shí)，系統(tǒng)自動警告駕駛員或制動器。因此，在惡劣的天氣條件例如雨天，雪天，霧氣中的駕駛安全性增強(qiáng)，并且可以避免交通事故。與毫米波雷達(dá)相比，激光雷達(dá)的主要優(yōu)點(diǎn)是更成熟，可靠，更便宜。然而，激光雷達(dá)的缺點(diǎn)是其不能穿透雨和霧， 并且還存在關(guān)于使用高功率脈沖激光器的眼睛安全的問題，因此激光雷達(dá)長時(shí)間沒有遇到汽車制造商的良好意見。最近，隨著激光二極管，光電探測器以及信號處理技術(shù)的制造技術(shù)的進(jìn)步，汽車激光雷達(dá)的弱點(diǎn)被克服。一些公司如 IBEO， 歐姆龍汽車電子，大發(fā)已經(jīng)開發(fā)了先進(jìn)的汽車激光雷達(dá)，它們的性能與 mm 波雷達(dá)一樣好[1-3]。 本文針對汽車防碰撞應(yīng)用設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了 1.55μm 數(shù)字激光雷達(dá)系統(tǒng)。 通過比較 1.55μm 激光和 0.9μm 激光，1.55μm 激光對眼睛是安全的，其檢測和穿透霧的能力更強(qiáng)。 系統(tǒng)采用高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）對脈沖回波信號進(jìn)行采樣， 然后采用數(shù)字信號處理方法進(jìn)行信號預(yù)處理和飛行時(shí)間估計(jì)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明， 弱回波信號的檢測能力增強(qiáng)，系統(tǒng)的測距精度提高。 因此，數(shù)字激光雷達(dá)系統(tǒng)在惡劣天氣條件下的性能得到提高。 2.汽車激光雷達(dá)系統(tǒng)概述。 2.1 工作原理 汽車激光雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理如圖 1 所示。當(dāng)前方車輛 R 的距離小于 S1（報(bào)警范圍）時(shí)，系統(tǒng)警告駕駛員減速; 當(dāng)范圍 R 小于 S2（制動范圍）時(shí)，系統(tǒng)警告駕駛員自動制動或制動。 圖 1.汽車激光雷達(dá)系統(tǒng)的工作原理 基于激光脈沖的發(fā)送之間的經(jīng)過時(shí)間計(jì)算前行車輛 R 的行駛距離 接收反射光[4]。 已知激光脈沖以光速 c（m / s）行進(jìn)并測量激光脈沖Δt 的飛行時(shí)間，范圍 R（m）由下式給出 R=c·?t/2 (1) 激光雷達(dá)測距方程是設(shè)計(jì)系統(tǒng)和評估系統(tǒng)性能的基礎(chǔ)。 假設(shè)目標(biāo)大于光束并且具有朗伯反射分布，則等式為[5] Pt·rt·ri·p·D2·r2 Pr= (2) 注解：Pr=以瓦為單位接收的功率 Pt=以瓦特為單位傳輸?shù)墓β师觮=傳輸光學(xué)效率 τr=接收光學(xué)效率 ρ=反射率 D=入口瞳孔直徑以米為單位 τa=大氣透射系數(shù)（單程）= exp(-σR), σ=大氣衰減系數(shù)，單位為 km -1 R=范圍以米為單位 a 4·R2 從等式（2）可以看出，幾個(gè)因素影響激光雷達(dá)系統(tǒng)的性能。 一般來說，什么時(shí)候研究性能; 激光雷達(dá)測距方程通常以信噪比（功率）的形式表示： 信噪比=( Pr )2=( Pt )2·(rt·rr·p·D2·eth (t2·t·Rt)2 (3) NtP NtP 4·R2 注解：NEP 是以瓦特為單位的噪聲等效功率，它被解釋為加性噪聲的高斯分布的標(biāo)準(zhǔn)偏差。 NEP 通過檢測器和前置放大器中的噪聲組合在一起 NtP2 detector + NtP2 hrea?h潯i?ier NEP= 注解：NEPdetector=檢測器的噪聲等效功率 NEPpreamplifier=前置放大器的噪聲等效功率 (4) 等式（3）將信噪比（SNR）與給定硬件參數(shù)，天氣條件和目標(biāo)特性的范圍相關(guān)聯(lián)。 SNR 是評估激光雷達(dá)系統(tǒng)的性能的重要參數(shù)。 檢測的概率是另一個(gè)重要參數(shù)，基于使用匹配濾波器的白噪聲中的脈沖檢測，檢測的概率是 Pd= 1 + 1 er? ( SNRt?NR t (5) 注釋：Pd=檢測概率 erf（x）=單向誤差函數(shù) t 2潯n (2 3·r·FtRt TNR=閾值 - 噪聲比，表示如下： TNR= 注釋：τ=脈沖寬度，F(xiàn)AR=平均誤報(bào)率= P fa. ·PRF, 2 2 2  (6) Pfa=單脈沖誤報(bào)率，PRF=激光脈沖重復(fù)頻率 2.2 0.9μm 和 1.55μm 激光雷達(dá)之間的比較 通常，0.9μm 激光雷達(dá)僅在良好的可見度條件下具有協(xié)作障礙才表現(xiàn)出良好的性能; 為了檢測非合作障礙并改善惡劣天氣條件下的性能，需要 I 類以外的設(shè)備[6]，并且引起眼睛安全的問題。 與 0.9μm 激光器相比，1.55μm 激光器對眼睛安全，霧化能力更強(qiáng); 因此允許的發(fā)射激光脈沖能量增加，并且提高了低可見度的檢測能力。 從等式（2）可以看出，大氣效應(yīng)限制了激光雷達(dá)系統(tǒng)的性能。 雙向大氣透射系數(shù) Ta[7] a Ta=r2=exp(-2·σ·R) (7) 注解：大氣衰減系數(shù)σ為[7] σ= 3th1 ( 入 t -q Rv 0t?? (8) 注解：λ=激光波長（μm） RV=可見距離（km） q=散射顆粒的尺寸分布 =1.6 高可見度（R v> 50 公里） =1.3 對于平均可見度（6km

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