【正文】 它只能在一定程度上減少交通事故的損失，卻不能避免交通事故的發(fā)生。所以為了更好的避免事故的發(fā)生，更好的保護(hù)個人的生命財(cái)產(chǎn)安全，需要采用主動式防撞以減少事故的發(fā)生，所以，設(shè)計(jì)出一個性能優(yōu)異的主動防撞系統(tǒng)的產(chǎn)品顯得迫切需要。本文研究的激光雷達(dá)防撞系統(tǒng)測距裝置、單片機(jī)、報(bào)警子系統(tǒng)、自動剎車裝置組成，其特征在于：測距裝置發(fā)射激光脈沖信號，單片機(jī)根據(jù)激光脈沖信號的發(fā)射與接收時間順序?qū)崟r地測出行車與前方機(jī)車或障礙物的相對距離和相對速度，并利用采集所得的相對距離和車輛相對速度的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出預(yù)測撞車時間，再將預(yù)測撞車時間與安全行車所要求的安全時間相比較來判斷行車是否處于安全行駛狀態(tài)，當(dāng)預(yù)測撞車時間小于安全行車時間時，單片機(jī)發(fā)出指令給報(bào)警子系統(tǒng)提示司機(jī)，處于極度危險(xiǎn)狀態(tài)時，單片機(jī)直接將指令傳給自動剎車裝置，由自動剎車裝置進(jìn)行自動剎車。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國際上對汽車防撞雷達(dá)的研究開始于20世紀(jì)60年代，在之后的十多年內(nèi)，以德國、美國和日本為代表的一些國家掀起了一股研究高潮，各個研究機(jī)構(gòu)和汽車制造商合作，也有了一些相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和論文發(fā)表出來，但是，局限于微波理論和硬件的技術(shù)水平，以及硬件系統(tǒng)的成本問題，使雷達(dá)很難做到結(jié)構(gòu)簡單、體積輕巧和價(jià)格低廉，此外，由于車載雷達(dá)工作的環(huán)境惡劣，干擾因素比較多，當(dāng)時的防撞雷達(dá)的研究并不是特別理想。1986年，奔馳公司發(fā)起，包括遍及歐洲的17家主要汽車生產(chǎn)廠和50多個研究所，制訂了“Promtheus”計(jì)劃，將組合傳感器、通信、人工智能技術(shù)于一個系統(tǒng)中，其目的是改進(jìn)汽車的安全性、經(jīng)濟(jì)性和有效性，其中研制出的性能優(yōu)良的汽車防撞雷達(dá)，幫助駕駛員避免發(fā)生交通事故，是該計(jì)劃的一個重要組成部份，該計(jì)劃，隨著微波器件及其集成技術(shù)的高速發(fā)展，以及微處理器性能價(jià)格比的突飛猛進(jìn)，使得制造出低成主本、高性能的汽車防撞雷達(dá)成為可能，進(jìn)入90年代后，德國在這方面的研究工作處于領(lǐng)先地位。20世紀(jì)90年代中期以后，一些公司開始將注意力轉(zhuǎn)向汽車的新型防撞雷達(dá)，這種新型防撞雷達(dá)應(yīng)用于高速公路，稱為“AICC，即自主智能巡航控制。是汽車?yán)走_(dá)發(fā)展的高級階段，就實(shí)際情況看，國際上研制出的用于高速公路的防撞達(dá)基本上都只需完成向駕駛員提供危險(xiǎn)警報(bào)功能，為駕駛員爭取一定的反映時間。歐盟RadarNet研究項(xiàng)目整合己有研究成果，研制新型多功能汽車防撞雷達(dá)，其中，德國奔馳公司和英國勞倫斯電子公司聯(lián)合研制的汽車防撞雷達(dá)工作于35GHz，探測距離150米，信號處理系統(tǒng)可以計(jì)算出前方車輛或障礙物的距離及相對速度，并根據(jù)后車速度計(jì)算出必要的安全距離，當(dāng)兩車距離小于安全距離時發(fā)出燈光和聲音報(bào)警信號，安裝在轎車、客車上試用，效果較好。美國防撞技術(shù)研究起步較晚，但目前已處于世界領(lǐng)先水平。主要代表有福特和Eaton }orad公司開發(fā)的汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)，其前方探測距離106米，可在探測范圍內(nèi)跟蹤20多個目標(biāo)。國內(nèi)對汽車防撞裝置的研究相對比較晚，整體水平也相對較低。具有代表性是有:上海汽車電子工程中心研制的SAE100型毫米波汽車防撞雷達(dá)樣機(jī)，采用LFMCW制式，工作頻率35GHz，測距范圍大于100米，測速范圍大于100km/h采用增益為26dB的喇叭天線，發(fā)射功率405mW，以DSP為中央處理器。目前，國內(nèi)有多家單位和公司分別購買了國外不同廠商的數(shù)套商用激光雷達(dá)設(shè)備，生產(chǎn)了大量的原始點(diǎn)云和影像數(shù)據(jù)，但是，這些數(shù)據(jù)一直沒有有效的處理，造成了巨大的浪費(fèi)。目前只有山西亞太公司和廣西的桂能信息公司使用自購的RIEGL的激光雷達(dá)產(chǎn)品進(jìn)行了電力選線、地形圖繪制等少量工程。盡管如此，越來越多的單位對使用激光雷達(dá)技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣，顯示了這項(xiàng)技術(shù)的廣闊前景。第二章 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 測距傳感器的選擇 目前，測定汽車之間安全距離的方法有以下幾種:超聲波測距、紅外線測距、攝像系統(tǒng)測距和激光雷達(dá)測距。超聲波測距儀原理簡單，制作方便，主要有兩個方面的原因：一是超聲波的速度”受外界環(huán)境變化影響較大。在不同的溫度下，聲速是不同的，在一30℃一30℃變化為313—349米／秒；而且聲速”還隨雨、霧、雪等天氣的變化而變化，不能精確測距。二是由于超聲波能量是與距離的平方成正比而衰減的。故距離越遠(yuǎn)，反射回的超聲波越少，靈敏度下降很快，從而使得超聲波測距方式只適用于較短距離。目前國內(nèi)外一般的超聲波測距儀理想測量距離為4米一5米左右，因此一般只能用于汽車倒車防撞系統(tǒng)上。紅外測距的優(yōu)點(diǎn)是便宜，易制，安全，缺點(diǎn)是精度低，距離近，方向性差。因?yàn)榧t外線在穿越其它物質(zhì)時折射率很小，所以長距離的測距儀都會考慮紅外線，而紅外線的傳播是需要時間的，所以采用紅外線測距不能及時反饋路況信息，如果采用紅外線測距，也就失去了研究汽車防撞的意義。攝像系統(tǒng)的核心部件是電荷耦合器件CCD(即charl筘coupled Device)。CCD攝像機(jī)是一種用來模擬人眼的光電探測器。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動態(tài)范圍大、光計(jì)量準(zhǔn)確、其線掃描輸出的光電信號有利于后續(xù)信號處理等優(yōu)良特性，在汽車行業(yè)也得到了廣泛的應(yīng)用，但目前價(jià)格較高，同時由于受軟件和硬件的制約，成像速度較慢,數(shù)據(jù)處理量比較大。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件性能的提高，最終將得到廣泛應(yīng)用。激光雷達(dá)測距傳感器工作時，先由激光二極管對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射激光脈沖。經(jīng)目標(biāo)反射后激光向各方向散射。部分散射光返回到傳感器接收器，被光學(xué)系統(tǒng)接收后成像到雪崩光電二極管上記錄并處理從光脈沖發(fā)出到返回被接收所經(jīng)歷的時間，即可測定目標(biāo)距離。激光傳感器能夠精確地測定傳輸時間，而且光速很快。激光測距傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精確，而且能180176。探測，所以，激光傳感器能滿足系統(tǒng)的要求。 激光雷達(dá)的工作原理激光是20世紀(jì)60年代出現(xiàn)的最重大的科學(xué)技術(shù)成就之一。它發(fā)展迅速，已廣泛應(yīng)用于國防、生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和非電測量等各方面。激光與普通光不同，需要用激光器產(chǎn)生。激光器的工作物質(zhì)，在正常狀態(tài)下，多數(shù)原子處于穩(wěn)定的低能級E1,在適當(dāng)頻率的外界光線的作用下，處于低能級的原子吸收光子能量受激發(fā)而躍遷到高能級E2。光子能量E=E2E1=hv,式中h為普朗克常數(shù)，v為光子頻率。反之，在頻率為v的光的誘發(fā)下，處于能級E2的原子會躍遷到低能級釋放能量而發(fā)光，稱為受激輻射。激光器首先使工作物質(zhì)的原子反常地多數(shù)處于高能級（即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布），就能使受激輻射過程占優(yōu)勢，從而使頻率為v的誘發(fā)光得到增強(qiáng),并可通過平行的反射鏡形成雪崩式的放大作用而產(chǎn)生強(qiáng)大的受激輻射光，簡稱激光。 　　激光具有3個重要特性:①高方向性（即高定向性，光速發(fā)散角?。?，激光束在幾公里外的擴(kuò)展范圍不過幾厘米；②高單色性，激光的頻率寬度比普通光小10倍以上；③高亮度，利用激光束會聚最高可產(chǎn)生達(dá)幾百萬度的溫度。激光雷達(dá)工作時，發(fā)射機(jī)向空間發(fā)射一串重復(fù)周期一定的高頻窄脈沖。如果在電磁波傳播的途徑上有目標(biāo)存在，那么激光雷達(dá)就可以接收到由目標(biāo)反射回來的回波。由于回波信號往返于雷達(dá)與目標(biāo)之間，它將滯后于發(fā)射脈沖一個時間，如圖所示： 電磁波的能量是以光速傳播的，設(shè)目標(biāo)的距離為 R，則傳播的距離等于光速乘上時間間隔，即 式中，R為目標(biāo)到激光雷達(dá)的單程距離，單位為m；為電磁波往返于目標(biāo)和雷達(dá)之間的時間間隔，單位為s；c為電磁波在空氣中的傳播速度，約為：。由于電磁波傳播的速度很快，激光雷達(dá)技術(shù)常用的時間單位為us，回波脈沖滯后于發(fā)射脈沖為一個微秒時，多對應(yīng)的目標(biāo)距離R為。能測量目標(biāo)距離是激光雷達(dá)的一個突出優(yōu)點(diǎn)，測量的精度和分辨率與發(fā)射信號帶寬（或處理后的脈沖帶寬）有關(guān)。脈沖越窄，性能越好。激光雷達(dá)對空間目標(biāo)P的位置測定，必須用三個坐標(biāo)來表示，即斜距R、方位角α、仰