【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(gè)人的生命財(cái)產(chǎn)安全，需要采用主動(dòng)式防撞以減少事故的發(fā)生，所以，設(shè)計(jì)出一個(gè)性能優(yōu)異的主動(dòng)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(cè)距裝置、單片機(jī)、報(bào)警子系統(tǒng)、自動(dòng)剎車裝置組成，其特征在于：測(cè)距裝置發(fā)射激光脈沖信號(hào)，單片機(jī)根據(jù)激光脈沖信號(hào)的發(fā)射與接收時(shí)間順序?qū)崟r(shí)地測(cè)出行車與前方機(jī)車或障礙物的相對(duì)距離和相對(duì)速度，并利用采集所得的相對(duì)距離和車輛相對(duì)速度的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，得出預(yù)測(cè)撞車時(shí)間，再將預(yù)測(cè)撞車時(shí)間與安全行車所要求的安全時(shí)間相比較來(lái)判斷行車是否處于安全行駛狀態(tài)，當(dāng)預(yù)測(cè)撞車時(shí)間小于安全行車時(shí)間時(shí)，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(shí)，單片機(jī)直接將指令傳給自動(dòng)剎車裝置，由自動(dòng)剎車裝置進(jìn)行自動(dòng)剎車。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 國(guó)際上對(duì)汽車防撞雷達(dá)的研究開(kāi)始于20世紀(jì)60年代，在之后的十多年內(nèi)，以德國(guó)、美國(guó)和日本為代表的一些國(guó)家掀起了一股研究高潮，各個(gè)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(lái)，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(wèn)題，使雷達(dá)很難做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(shí)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(gè)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(gè)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(gè)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(guó)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(kāi)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(jí)階段，就實(shí)際情況看，國(guó)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(zhēng)取一定的反映時(shí)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(guó)奔馳公司和英國(guó)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(cè)距離150米，信號(hào)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(duì)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(shí)發(fā)出燈光和聲音報(bào)警信號(hào)，安裝在轎車、客車上試用，效果較好。美國(guó)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(kāi)發(fā)的汽車防撞雷達(dá)系統(tǒng)，其前方探測(cè)距離106米，可在探測(cè)范圍內(nèi)跟蹤20多個(gè)目標(biāo)。國(guó)內(nèi)對(duì)汽車防撞裝置的研究相對(duì)比較晚，整體水平也相對(duì)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(cè)距范圍大于100米，測(cè)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(guó)內(nèi)有多家單位和公司分別購(gòu)買了國(guó)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(méi)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(gòu)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(lái)越多的單位對(duì)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(cè)距傳感器的選擇 目前，測(cè)定汽車之間安全距離的方法有以下幾種:超聲波測(cè)距、紅外線測(cè)距、攝像系統(tǒng)測(cè)距和激光雷達(dá)測(cè)距。超聲波測(cè)距儀原理簡(jiǎn)單，制作方便，主要有兩個(gè)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(cè)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(cè)距方式只適用于較短距離。目前國(guó)內(nèi)外一般的超聲波測(cè)距儀理想測(cè)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(cè)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(shí)折射率很小，所以長(zhǎng)距離的測(cè)距儀都會(huì)考慮紅外線，而紅外線的傳播是需要時(shí)間的，所以采用紅外線測(cè)距不能及時(shí)反饋路況信息，如果采用紅外線測(cè)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(lái)模擬人眼的光電探測(cè)器。它具有尺寸小、質(zhì)量輕、功耗小、噪聲低、動(dòng)態(tài)范圍大、光計(jì)量準(zhǔn)確、其線掃描輸出的光電信號(hào)有利于后續(xù)信號(hào)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(shí)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(cè)距傳感器工作時(shí)，先由激光二極管對(duì)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(shí)間，即可測(cè)定目標(biāo)距離。激光傳感器能夠精確地測(cè)定傳輸時(shí)間，而且光速很快。激光測(cè)距傳感器的優(yōu)點(diǎn)是精確，而且能180176。探測(cè)，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(guó)防、生產(chǎn)、醫(yī)學(xué)和非電測(cè)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(jí)E1,在適當(dāng)頻率的外界光線的作用下，處于低能級(jí)的原子吸收光子能量受激發(fā)而躍遷到高能級(jí)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(jí)E2的原子會(huì)躍遷到低能級(jí)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(jí)（即粒子數(shù)反轉(zhuǎn)分布），就能使受激輻射過(guò)程占優(yōu)勢(shì)，從而使頻率為v的誘發(fā)光得到增強(qiáng),并可通過(guò)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(jiǎn)稱激光。 　　激光具有3個(gè)重要特性:①高方向性（即高定向性，光速發(fā)散角小），激光束在幾公里外的擴(kuò)展范圍不過(guò)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(huì)聚最高可產(chǎn)生達(dá)幾百萬(wàn)度的溫度。激光雷達(dá)工作時(shí)，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(lái)的回波。由于回波信號(hào)往返于雷達(dá)與目標(biāo)之間，它將滯后于發(fā)射脈沖一個(gè)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間單位為us，回波脈沖滯后于發(fā)射脈沖為一個(gè)微秒時(shí)，多對(duì)應(yīng)的目標(biāo)距離R為。能測(cè)量目標(biāo)距離是激光雷達(dá)的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)，測(cè)量的精度和分辨率與發(fā)射信號(hào)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(duì)空間目標(biāo)P的位置測(cè)定，必須用三個(gè)坐標(biāo)來(lái)表示，即斜距R、方位角α、仰