多傳感信息融合的車輛主動防碰撞系統(tǒng)設(shè)計

國際公路委員會對駕駛員的反應(yīng)時間做了調(diào)查，結(jié)論得出平均值為0.5～3s。若駕駛員的反應(yīng)時間是1.5s，那么在汽車的車速為40Km/h時，反應(yīng)時間內(nèi)汽車的行駛的距離是16.7m；車速為80Km/h時，行駛的距離將達(dá)33.4m。自動制動系統(tǒng)的反應(yīng)時間遠(yuǎn)比駕駛員少的多，它的反應(yīng)距離只有0.5 m。

　　工作時，防碰撞判斷系統(tǒng)不斷地根據(jù)測出的兩車之間的距離、本身的車速、相對車速等有關(guān)信息，通過數(shù)據(jù)處理求出安全距離，并與雷達(dá)測出的實(shí)際距離相比較。如實(shí)測距離小于安全距離時，就發(fā)出報警信息，如駕駛員仍未采取措施，且安全距離小于極限安全距離時，系統(tǒng)通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)對汽車的常規(guī)制動系統(tǒng)起作用，使汽車減速，當(dāng)距離超過極限距離時，制動機(jī)構(gòu)又恢復(fù)正常。

三、毫米波雷達(dá)

　　目前最受關(guān)注的傳感手段是運(yùn)用毫米波進(jìn)行測量的雷達(dá)系統(tǒng)。毫米波是指工作頻率在 30～100GHz，波長在1～10mm之間的電磁波。毫米波雷達(dá)（主要是9 4GHz）原來主要用于短程反裝甲武器系統(tǒng)，其功能就是精確測量目標(biāo)的距離和相對速度。毫米波雷達(dá)可以全天候工作，不受天氣狀況的影響，而惡劣的氣候環(huán)境正是導(dǎo)致交通事故的主要原因之一。隨著GaAs高頻器件和單片微波集成電路 MMIC的出現(xiàn)和應(yīng)用，毫米波雷達(dá)的性能有了很大的提高，成本也有所下降，并且雷達(dá)的外型尺寸可以做得很小，便于在汽車上安裝。因此，毫米波雷達(dá)就成了汽車前視雷達(dá)的首選。為了在高速公路上及時發(fā)現(xiàn)前方的交通堵塞，汽車用毫米波雷達(dá)的探測距離必須在100m以上；為了覆蓋左右兩側(cè)的車道線，探測寬度必為 3.5m；為了不把道路上方的標(biāo)識和人行天橋也探測進(jìn)去，上、下方要有與道路的升降相對應(yīng)的3m左右的探測幅度。其主要指標(biāo)如下：

　　①天線：尺寸要小、成本要低、性能要高，還要便于安裝和使用。

②工作頻率：毫米波雷達(dá)的工作頻率與其性能和價格相關(guān)。一般而言，頻率提高，目標(biāo)的反射效果會更好，但信號的穿透力會減弱，測距范圍降低，器件成本增大。曾有工作于 24GHz，60GHz， 76～77GHz的雷達(dá)樣機(jī)和成品的報道，現(xiàn)由于76～77GHz毫米波雷達(dá)具有較好的性價比，國外目前多采用這一工作頻率。我國由于受到器件和成本方面因素的影響，目前傾向于采用35GHz的工作頻率。

③視角：視角就是天線波束的掃描范圍，包括方位角和高低角。為降低虛警率，一般選擇方位角為9oC～12oC ，甚至更大。高低角則取3oC 左右。

④作用距離：100m～150m即可。如美國規(guī)定為1～100m，歐洲規(guī)定為1～150m，測距范圍的確定以保證車制動時兩車不會發(fā)生追尾碰撞為原則。

⑤測量的動態(tài)范圍：雷達(dá)必須有足夠的動態(tài)范圍，以保證對大小目標(biāo)都能識別。

⑥分辨率：徑向距離分辨率達(dá)到1m即可。

四、多傳感器融合策略

多傳感信息融合（Multisensor Information Fusion）或稱多源信息融合是近年發(fā)展起來的一門新技術(shù)。信息融合是解決飛機(jī)、導(dǎo)彈之類飛行器航跡預(yù)測與跟蹤的一種行之有效的方法，而且也是智能信息處理領(lǐng)域最有前途的一個研究方向。從廣義角度講，信息融合普遍存在于自然界。例如，人類認(rèn)知客觀世界，就是通過視覺、聽覺、觸覺、味覺和嗅覺等感官獲得信息，并經(jīng)過大腦進(jìn)行融合而得到認(rèn)知結(jié)論。從狹義角度講，以不同的傳感器獲得同一對象的不同量測數(shù)據(jù)，利用某種算法獲得一個綜合信息，這就是數(shù)據(jù)融合。數(shù)據(jù)融合是信息融合中最簡單和最實(shí)用的一類方法，這種方法是基于估計理論的，特別是Bayes估計理論，并且主要針對的是同一類型數(shù)據(jù)信息。典型的應(yīng)用就是目標(biāo)跟蹤中的航跡預(yù)測，把來自不同監(jiān)測裝置的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，從而得到最好的估計結(jié)果。數(shù)據(jù)融合方法分為集中處理方式和分布處理方式，在目標(biāo)跟蹤研究中，分布處理方式有其特殊的重要性。

　　汽車防碰撞系統(tǒng)的工作環(huán)境惡劣，干擾因素眾多，只用單一雷達(dá)傳感器做出判斷容易產(chǎn)生虛警，為了提高對目標(biāo)的識別和估計能力，就要引入多傳感信息融合技術(shù)。其中，傳感器包括雷達(dá)傳感器、激光掃描儀和視頻傳感器等。把分布在不同位置的多個同類或不同類傳感器所提供的多源信息，進(jìn)行綜合處理，其目的就是降低探測的不確定性，形成對系統(tǒng)環(huán)境相對一致的感知描述，以便得到一個準(zhǔn)確可靠的分析和判斷結(jié)果，從而提高系統(tǒng)決策能力。