用于汽车主动防撞的激光雷达研究
发布时间：2021-02-14 14:54
随着我国汽车数量的增长,交通安全问题成为威胁生命和财产的主要问题之一。研究汽车主动防撞技术对减少交通事故有重要意义。车载激光雷达是为主动防撞提供判断依据的核心传感器,其测距精度是决定雷达性能的关键因素。本文以汽车主动防撞为应用背景,采用脉冲测距为车载激光雷达的测距方式,分析了影响测距精度的主要因素,设计并实现了包括激光发射、温度控制、激光接收、时刻鉴别、计时与控制等模块在内的高精度车载激光雷达。设计了高重频的窄脉冲激光发射电路使发射能量集中,采用光电探测器接收障碍物表面折返的激光回波信号并设计了低噪声高增益的回波放大电路。设计了温度控制电路,使系统处于最佳工作温度,提升其稳定性。根据回波信号的衰减和展宽特性,建立了回波脉冲时域分布模型,在此基础上设计了新的双通道时刻鉴别电路,提升鉴别精度。采用TDC-GP2进行高分辨率的激光飞行时间间隔测量,通过FPGA将测得时间换算成障碍物距离,传输到后续机构为主动防撞提供判断依据。针对传统机械式扫描部件体积大、功耗高、扫描方式单一等问题,提出了基于液晶相控阵的电控编程扫描方式,在此基础上开发了对道路环境进行二维扫描的算法,并分析了实际扫描效果,实现...
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SAE（国际汽车工程学会）提出的五级自动驾驶分级方案
1绪论硕士学位论文2雷达系统，奔驰、沃尔沃等整车公司也在其汽车上搭载了防撞雷达。沃尔沃在其旗下多款车型上配置了CitySafety城市安全系统，采用毫米波、激光、摄像头多传感器融合的方式进行探测，能够自行启动，并在50km/h以内的车速下进行主动防撞避让[6]。奔驰也在其旗下高配车型中配置了防撞雷达，主要采用摄像头进行探测，能够实现较高车速下的主动防撞[7]。图1.2沃尔沃citysafety系统中部分探测器示意图国外在汽车防撞雷达领域的研究起步较早，已有较为成熟的技术和产品。在国内，汽车主动防撞雷达仍处于研究和实验阶段。电子科技大学付炎松硕士在课题组的帮助下设计并实现了24GHz频段下FMCW毫米波近程汽车防撞雷达[8]；长安大学陈盼硕士提出基于双目立体视觉的无人车行驶障碍物定位跟踪方法，能够主动地进行避障和行驶路径规划[9]；吉林大学崔熠明硕士针对车载激光雷达采集的数据，设计并制作了一套激光点云数据采集硬件平台，能够进行道路状况判断并将报警信号传递给驾驶员从而避免碰撞[10]。根据上述介绍可知，汽车主动防撞系统由环境感知、智能决策和对车辆的控制等关键部分组成，其中实现环境感知的雷达是汽车防撞系统中进行探测的核心传感器件，能够获取周围障碍物的距离和相对速度等信息，为后续判断提供依据[11]。较为常见的汽车主动防撞探测方式有毫米波、视频图像和激光探测。近年来激光技术不断发展，激光由于其单色性好、能量集中、发散角孝穿透力强、传输距离远等特点常用于雷达探测，采用激光探测的方式进行车载防撞雷达系统的设计具有精度高、方向性强、分辨率高的优势，成为车载雷达发展的一个重要方向[12]。因此，车载激光雷达成为了汽车防撞领域的研究热点。1.3车载激光雷达的国内外研究现状目前市?
硕士学位论文用于汽车主动防撞的激光雷达研究3IBEO为例，其生产的激光雷达主流产品为LUX4和LUX8，采用内部机械旋转的方式来绘制车辆周围的环境图景。图1.3所示为LUX4，拥有智能分辨率，全天候等能力，采用905nm波段绝对安全的1等级激光，探测距离为0.3m-200m，测距精度10cm，可以支持车辆实现AEB(自动紧急刹车)、预碰撞处理、低速防碰撞等功能[14]。图1.3IBEO激光雷达产品LUX4我国对车载激光雷达的研究起步比较晚，还没有研制出能够大规模生产的产品，但正处于高速发展阶段。现有车载激光雷达系统主要采用激光测距的方式来进行探测[12]，以障碍物的距离信息作为防撞判断依据，国内外许多机构对激光测距系统的测距体制、测距精度、激光特性等内容进行了深入研究。针对激光测距系统的测距体制，DanWang等人采用脉冲测距体制设计了激光测距系统，能实现测距范围200m内，测距误差低于0.175%[15]；吉宁可等人提出一种相位差测频法调频连续波激光测距技术，通过频率线性调制的等光频间隔重采样的发射信号与回波信号之间的相位差来计算出待测目标距离信息[16]；廖磊等人通过带通滤波器产生两个波长差一定的单波长并将其合成，设计了一种基于合成波长的飞秒级激光外差干涉测距方法[17]。针对激光测距系统的测距精度，JinXiao通过连续小波变换的方法对激光测距中前沿时刻鉴别的漂移误差进行补偿，设计了高精度的脉冲激光测距仪[18]；ChenZhibin等人提出一种不增加FPGA工作时钟频率的前提下，采用FPGA内部延迟线测量计数时钟间隔误差，并通过TDC-GP21芯片测量延迟电路的固定延迟误差，最后通过外部延迟电路进行延迟误差补偿，能够提升测距精度至±0.15m以内[19]；周玉蛟等人对比了电荷灵敏放大、集成运放放大和分立元件放大三种回波信号放大方式的
【参考文献】：
期刊论文
[1]自动驾驶汽车传感器技术产业分析[J]. 黄伟. 信息通信技术与政策. 2018(08)
[2]汽车安全性研究[J]. 刘毅坤. 汽车实用技术. 2018(15)
[3]基于相位差测频的调频连续波激光测距技术[J]. 吉宁可,张福民,曲兴华,张桐,张铁犁,刘晓旭,谢阳. 中国激光. 2018(11)
[4]主动防撞预警系统概述[J]. 李文娜. 时代汽车. 2018(05)
[5]汽车安全技术发展的研究分析[J]. 赵其吉. 汽车实用技术. 2018(05)
[6]单光子激光测距的漂移误差理论模型及补偿方法[J]. 黄科,李松,马跃,田昕,周辉,张智宇. 物理学报. 2018(06)
[7]脉冲激光测距回波特性及测距误差研究[J]. 谢庚承,叶一东,李建民,袁学文. 中国激光. 2018(06)
[8]激光雷达在无人汽车领域的应用[J]. 李玖泽. 电子世界. 2018(01)
[9]基于非对称sinc函数拟合的激光测距算法优化[J]. 郭荣幸,赵亚飞,马鹏阁,陈恩庆. 红外与激光工程. 2017(08)
[10]单发脉冲飞行时间激光测距技术[J]. 黄民双. 激光与光电子学进展. 2017(12)
硕士论文
[1]相位式激光测距技术研究与实现[D]. 孔琪.四川师范大学 2018
[2]24GHz汽车防撞雷达设计及实现[D]. 付炎松.电子科技大学 2018
[3]基于激光雷达的智能车防撞预警系统研究[D]. 崔熠明.吉林大学 2016
[4]基于双目视觉的无人车行驶障碍物定位跟踪方法研究[D]. 陈盼.长安大学 2016
[5]用于汽车防撞的高精度脉冲激光测距系统[D]. 周玉蛟.南京理工大学 2016
[6]激光测距关键技术研究及实现[D]. 贺梓超.电子科技大学 2014
[7]基于FPGA的激光测距系统研究[D]. 王小淘.西安工业大学 2013
[8]基于高频激光长距离测距系统电路的研究[D]. 丁睿明.中南大学 2012
本文编号：3033425
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SAE（国际汽车工程学会）提出的五级自动驾驶分级方案
1绪论硕士学位论文2雷达系统，奔驰、沃尔沃等整车公司也在其汽车上搭载了防撞雷达。沃尔沃在其旗下多款车型上配置了CitySafety城市安全系统，采用毫米波、激光、摄像头多传感器融合的方式进行探测，能够自行启动，并在50km/h以内的车速下进行主动防撞避让[6]。奔驰也在其旗下高配车型中配置了防撞雷达，主要采用摄像头进行探测，能够实现较高车速下的主动防撞[7]。图1.2沃尔沃citysafety系统中部分探测器示意图国外在汽车防撞雷达领域的研究起步较早，已有较为成熟的技术和产品。在国内，汽车主动防撞雷达仍处于研究和实验阶段。电子科技大学付炎松硕士在课题组的帮助下设计并实现了24GHz频段下FMCW毫米波近程汽车防撞雷达[8]；长安大学陈盼硕士提出基于双目立体视觉的无人车行驶障碍物定位跟踪方法，能够主动地进行避障和行驶路径规划[9]；吉林大学崔熠明硕士针对车载激光雷达采集的数据，设计并制作了一套激光点云数据采集硬件平台，能够进行道路状况判断并将报警信号传递给驾驶员从而避免碰撞[10]。根据上述介绍可知，汽车主动防撞系统由环境感知、智能决策和对车辆的控制等关键部分组成，其中实现环境感知的雷达是汽车防撞系统中进行探测的核心传感器件，能够获取周围障碍物的距离和相对速度等信息，为后续判断提供依据[11]。较为常见的汽车主动防撞探测方式有毫米波、视频图像和激光探测。近年来激光技术不断发展，激光由于其单色性好、能量集中、发散角孝穿透力强、传输距离远等特点常用于雷达探测，采用激光探测的方式进行车载防撞雷达系统的设计具有精度高、方向性强、分辨率高的优势，成为车载雷达发展的一个重要方向[12]。因此，车载激光雷达成为了汽车防撞领域的研究热点。1.3车载激光雷达的国内外研究现状目前市?
硕士学位论文用于汽车主动防撞的激光雷达研究3IBEO为例，其生产的激光雷达主流产品为LUX4和LUX8，采用内部机械旋转的方式来绘制车辆周围的环境图景。图1.3所示为LUX4，拥有智能分辨率，全天候等能力，采用905nm波段绝对安全的1等级激光，探测距离为0.3m-200m，测距精度10cm，可以支持车辆实现AEB(自动紧急刹车)、预碰撞处理、低速防碰撞等功能[14]。图1.3IBEO激光雷达产品LUX4我国对车载激光雷达的研究起步比较晚，还没有研制出能够大规模生产的产品，但正处于高速发展阶段。现有车载激光雷达系统主要采用激光测距的方式来进行探测[12]，以障碍物的距离信息作为防撞判断依据，国内外许多机构对激光测距系统的测距体制、测距精度、激光特性等内容进行了深入研究。针对激光测距系统的测距体制，DanWang等人采用脉冲测距体制设计了激光测距系统，能实现测距范围200m内，测距误差低于0.175%[15]；吉宁可等人提出一种相位差测频法调频连续波激光测距技术，通过频率线性调制的等光频间隔重采样的发射信号与回波信号之间的相位差来计算出待测目标距离信息[16]；廖磊等人通过带通滤波器产生两个波长差一定的单波长并将其合成，设计了一种基于合成波长的飞秒级激光外差干涉测距方法[17]。针对激光测距系统的测距精度，JinXiao通过连续小波变换的方法对激光测距中前沿时刻鉴别的漂移误差进行补偿，设计了高精度的脉冲激光测距仪[18]；ChenZhibin等人提出一种不增加FPGA工作时钟频率的前提下，采用FPGA内部延迟线测量计数时钟间隔误差，并通过TDC-GP21芯片测量延迟电路的固定延迟误差，最后通过外部延迟电路进行延迟误差补偿，能够提升测距精度至±0.15m以内[19]；周玉蛟等人对比了电荷灵敏放大、集成运放放大和分立元件放大三种回波信号放大方式的
【参考文献】：
期刊论文
[1]自动驾驶汽车传感器技术产业分析[J]. 黄伟. 信息通信技术与政策. 2018(08)
[2]汽车安全性研究[J]. 刘毅坤. 汽车实用技术. 2018(15)
[3]基于相位差测频的调频连续波激光测距技术[J]. 吉宁可,张福民,曲兴华,张桐,张铁犁,刘晓旭,谢阳. 中国激光. 2018(11)
[4]主动防撞预警系统概述[J]. 李文娜. 时代汽车. 2018(05)
[5]汽车安全技术发展的研究分析[J]. 赵其吉. 汽车实用技术. 2018(05)
[6]单光子激光测距的漂移误差理论模型及补偿方法[J]. 黄科,李松,马跃,田昕,周辉,张智宇. 物理学报. 2018(06)
[7]脉冲激光测距回波特性及测距误差研究[J]. 谢庚承,叶一东,李建民,袁学文. 中国激光. 2018(06)
[8]激光雷达在无人汽车领域的应用[J]. 李玖泽. 电子世界. 2018(01)
[9]基于非对称sinc函数拟合的激光测距算法优化[J]. 郭荣幸,赵亚飞,马鹏阁,陈恩庆. 红外与激光工程. 2017(08)
[10]单发脉冲飞行时间激光测距技术[J]. 黄民双. 激光与光电子学进展. 2017(12)
硕士论文
[1]相位式激光测距技术研究与实现[D]. 孔琪.四川师范大学 2018
[2]24GHz汽车防撞雷达设计及实现[D]. 付炎松.电子科技大学 2018
[3]基于激光雷达的智能车防撞预警系统研究[D]. 崔熠明.吉林大学 2016
[4]基于双目视觉的无人车行驶障碍物定位跟踪方法研究[D]. 陈盼.长安大学 2016
[5]用于汽车防撞的高精度脉冲激光测距系统[D]. 周玉蛟.南京理工大学 2016
[6]激光测距关键技术研究及实现[D]. 贺梓超.电子科技大学 2014
[7]基于FPGA的激光测距系统研究[D]. 王小淘.西安工业大学 2013
[8]基于高频激光长距离测距系统电路的研究[D]. 丁睿明.中南大学 2012
本文编号：3033425
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