基于脉冲激光测距的汽车主动防撞系统研究

发布时间：2017-06-26 15:00

  本文关键词：基于脉冲激光测距的汽车主动防撞系统研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近年来随着汽车在交通运输与人员出行中的不断普及,交通事故也成了人们生命财产安全的头号杀手之一,为了尽可能地避免交通事故的发生,汽车主动防撞系统逐渐成为了行车安全领域的一个重点研究内容。本论文旨在研究基于脉冲激光测距的汽车主动防撞系统,在设计了基于SPL_LL90_3和AD500_9的脉冲激光器的基础上,对防撞机制、误差修正、虚警控制也做了详细的研究。根据脉冲激光测距的原理,本论文设计了精度为0.0195m的脉冲激光测距机,并对每个模块进行了实验、给出了输出波形,设计了汽车转向测量模块和汽车绝对速度测量模块来采集汽车当前的行驶状态供后续算法使用。随后分析了测距机的作用距离、精度和误差来源及其影响因素。在此基础上,本论文分析了汽车的制动模型,确定了一种基于相对速度的防撞算法,并给出了报警和刹车安全距离的计算推导。结合汽车的运动模型,本文研究了几种对距离和速度进行修正的方法,包括：数学形态学曲线拟合、基于最小二乘曲线拟合的距离速度修正、基于卡尔曼滤波的距离速度修正,并取得了良好的效果。最后,本文提出了一种角度差三光束探测的测距机安装姿态,在此基础上分析了几种会造成虚警的情况,并设计了相应的虚警控制算法,包括：坡道识别、非目标识别、转弯避障虚警控制、变道虚警控制。经过实验,取得了良好的效果。
【关键词】：脉冲激光测距 防撞模型 误差修正 虚警控制
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.6;TN247
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-13
• 1.1 课题研究背景和意义8
• 1.2 汽车主动防撞系统的研究现状8-11
• 1.2.1 汽车主动防撞系统的国内外发展现状8-9
• 1.2.2 汽车防撞雷达的分类及比较9-10
• 1.2.3 脉冲激光测距的原理10-11
• 1.3 本文主要研究内容11-13
• 2 系统的硬件模块设计13-31
• 2.1 激光发射电路13-16
• 2.1.1 半导体激光器13-15
• 2.1.2 驱动电路分析15-16
• 2.1.3 激光脉冲的时域分布特性16
• 2.2 激光接收电路16-24
• 2.2.1 雪崩光电二极管16-19
• 2.2.2 激光接收光学系统19
• 2.2.3 高压偏置电路19-22
• 2.2.4 放大电路22-24
• 2.3 时刻鉴别电路24-25
• 2.4 时间间隔测量电路25-27
• 2.5 汽车转向测量模块27-28
• 2.6 汽车绝对速度测量模块28-30
• 2.7 本章小结30-31
• 3 性能及误差分析31-42
• 3.1 作用距离分析31-33
• 3.2 测距分辨率33
• 3.3 电路噪声特性分析33-37
• 3.3.1 背景噪声34
• 3.3.2 APD散弹噪声34
• 3.3.3 热噪声34-35
• 3.3.4 放大器噪声35
• 3.3.5 暗电流噪声35-36
• 3.3.6 信噪比36
• 3.3.7 电路噪声产生的测距误差36-37
• 3.4 回波的时域展宽特性分析37-39
• 3.4.1 回波脉冲的建模分析37-38
• 3.4.2 时域展宽造成的误差38-39
• 3.5 温度对器件的影响39-41
• 3.5.1 温度对AD500_9的影响39-40
• 3.5.2 温度对三极管的影响40-41
• 3.6 本章小结41-42
• 4 基于相对速度的防撞机制42-62
• 4.1 原始数据标定42-44
• 4.2 基于相对速度的危险判别机制44-47
• 4.2.1 汽车制动过程分析44-45
• 4.2.2 汽车制动模型中制动距离的计算45-46
• 4.2.3 危险等级判定46-47
• 4.2.4 防撞系统可靠性的主要影响因素47
• 4.3 基于形态学去噪的差分平均求速度法47-51
• 4.3.1 基于中值滤波的噪点抑制48-49
• 4.3.2 基于数学形态学运算的曲线拟合法49-50
• 4.3.3 实验结果50
• 4.3.4 基于差分平均法的相对速度50-51
• 4.4 基于最小二乘曲线拟合的距离和速度修正法51-55
• 4.4.1 以幂函数族为基的最小二乘拟合下的距离速度修正51-52
• 4.4.2 以正交函数族为基的最小二乘拟合下的距离速度修正52-54
• 4.4.3 实验结果54-55
• 4.5 基于卡尔曼滤波的距离和速度修正法55-59
• 4.5.1 卡尔曼滤波器的基本原理55-56
• 4.5.2 卡尔曼滤波器数学表达式56-57
• 4.5.3 基于卡尔曼滤波的防撞系统模型57-58
• 4.5.4 实验结果58-59
• 4.6 实验分析59-61
• 4.7 本章小结61-62
• 5 虚警控制策略62-75
• 5.1 基于角度差三光束探测的坡道识别方法62-64
• 5.1.1 角度差三光束的激光测距机安装姿态62-63
• 5.1.2 坡道识别63-64
• 5.2 基于Hausdorff距离的非目标物体识别方法64-65
• 5.3 转弯避障时的虚警控制机制65-71
• 5.3.1 基于转向传感器的转弯半径求取65-69
• 5.3.2 转弯避障模型69-70
• 5.3.3 防侧翻约束条件70-71
• 5.4 变道时的虚警控制机制71-72
• 5.5 虚警控制实验72-73
• 5.5.1 坡道识别实验72
• 5.5.2 非目标识别实验72-73
• 5.5.3 转弯避障实验73
• 5.5.4 变道实验73
• 5.6 本章小结73-75
• 6 结论与展望75-77
• 6.1 本文工作总结75-76
• 6.2 本文主要创新点76
• 6.3 研究展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-81
• 附录81

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