基于nRF24E1与TMC2023的汽车防撞系统(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表时间:2007-06-29 人气:1

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3 收发单元的布置方案及计算原理

汽车在行驶的过程当中，对于前方的障碍物，要能够判断其相对于汽车的空间立体方位才能把前后、左右、上下的障碍物避开；而后面的障碍物，则只需判断出其与汽车的前后及左右距离即可。所以采取在车前面安装三个射频收发系统，并且三套收发系统彼此之间呈垂直于水平面的三角形分布。在车后面则安装两套射频收发系统，呈水平分布。整个收发系统的安装如图2所示。下面给出用射频收发系统计算障碍物距离的简单过程。

障碍物距离计算示意图如图3所示，其中A、B、C三点分别代表安装在车头前的三个超声传感器；E点代表障碍物；则EF表示从E点到水平面的距离，FG代表障碍物到车头平面的距离，AG表示障碍物到车一侧的距离。要求的就是EF、FG及AG这三条能表示出障碍物与汽车的空间相对位置的直线段。解法如下：

在ΔABC中，作 BD AC，连接ED和FD，则可求ΔABC的面积SΔABC，即：

把射频收发系统能够探测到的距离S1、S2、S3与已知距离T1、T2、T3分别替换AE、BE、CE、AB、BC、AC，则可得所求的三个距离EF、FG、AG的值。

4 采用的相关算法

随着射频在日常生活中的广泛应用，人们逐渐发现射频测距存在着一定缺陷：①有效作用距离比较短，仅靠提高发射功率来增加测量距离是很有限的；②测距精度主要取决于回波信号的信噪比，在一定信噪比情况下，仅靠增加前级放大电路的增益来改善测量精度也是非常有限的。为了解决上述问题，在汽车防撞系统中，设想了基于伪码调制的射频发射与接收系统。

白噪声瞬时值服从高斯分布(正态分布)。它的功率谱密度在很宽的频带内是均匀的，而且自相关函数具有δ函数的形状。伪随机码虽然仅有两个电平，但却具有类似白噪声的相关特性，只是其幅度概率分布不再服从高斯分布。所以，可以用伪随机序列的平衡特性、游程特性和相关特性等来描述白噪声。伪随机编码是用逻辑运算实现的，信号的自相关函数满足：

在信号检测理论中有两类问题：一类是检测信号，即根据接收到的混合信号(信号加噪声或纯噪声)作出有无信号的判断；另一类是估计参量，即在已检测出有无信号的基础上，对信号的某些参量(例如振幅、相位、频率、脉冲幅度等)或波形作出估计。为了提高抗干扰性，需要寻求在干扰条件下对信号的最佳接收方法。周期性信号的相关函数仍是周期函数，而干扰噪声的相关函数则是δ函数。根据这些差别，可利用相关器检出混在噪声干扰中的周期性信号。这种利用时域特性上的差别来检测信号的方法称为相关接收法。根据参考信号不同，相关接收法又分为自相关接收法和互相关接收法。自相关接收法是在无法确知输入波形(或数据)的情况下，利用自相关器对之作自相关函数的运算；互相关接收法是在可以确定参考信号的情况下，利用相关器对输入波形(或数据)与本地信号作互相关函数的运算。本设计中参考信号是本地码，所以采用互相关接收法。在射频测距系统中，不仅要对回波信号的有无进行检测，同时还要对回波信号和发射信号的延时进行精确的测量。这样才能准确地知道无线电波传播所用的时间，进而算出障碍物与车之间的距离。

本文运用先进的射频技术与稳定可靠的相关算法，使汽车具有较强的防撞能力。上述总体设计方案在实验小车上已经实现，并且在一定程度上能够解决前面所述的始终困扰着相关工作者的两个关键问题，即已经具备了较灵敏的测角能力和较强的抗干扰能力，这样就能够使汽车具有较强的防撞能力。尽管如此，因为汽车行驶过程当中关系着人的生命安全，所以其性能还有待进一步提高，以增强整个系统的绝对安全性，进而对之进行推广。

参考文献
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