一種基于可見(jiàn)光通信的精確車(chē)載雷達(dá)及目標(biāo)車(chē)定位方法
【專(zhuān)利摘要】一種基于可見(jiàn)光通信的精確車(chē)載雷達(dá)，在車(chē)頭設(shè)置有至少兩個(gè)分別位于車(chē)頭左右兩個(gè)角部的光電探測(cè)器作為雷達(dá)信號(hào)的接收端，以車(chē)尾的兩個(gè)LED指示燈作為雷達(dá)信號(hào)的發(fā)射端，本車(chē)接收端接收目標(biāo)車(chē)發(fā)射端發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)，本發(fā)明同時(shí)提供了基于所述車(chē)載雷達(dá)的目標(biāo)車(chē)定位方法，本發(fā)明利用本車(chē)車(chē)頭部光電探測(cè)器接收信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)的處理和計(jì)算可以得到目標(biāo)車(chē)位置，該系統(tǒng)具有加裝設(shè)備少、改動(dòng)小、成本低、通信鏈路質(zhì)量高、有效定位范圍大、精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種基于可見(jiàn)光通信的精確車(chē)載雷達(dá)及目標(biāo)車(chē)定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于可見(jiàn)光通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于可見(jiàn)光通信的精確車(chē)載雷達(dá)及目標(biāo)車(chē)定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]絕大部分的交通事故是由于駕駛員操作失誤造成的。在出現(xiàn)危險(xiǎn)隱患的時(shí)候?qū)︸{駛員提供預(yù)警，并且在危急時(shí)刻自動(dòng)操作車(chē)輛進(jìn)行危險(xiǎn)避讓這類(lèi)需求越來(lái)越大?，F(xiàn)在，很多汽車(chē)都提供了前向避免碰撞系統(tǒng)、自動(dòng)車(chē)輛控制系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都是通過(guò)車(chē)載雷達(dá)測(cè)量前方障礙物/車(chē)輛行人之間的相對(duì)位置，并將其傳送給行車(chē)電腦，行車(chē)電腦根據(jù)這些信息來(lái)控制汽車(chē)做出相應(yīng)的反應(yīng)?，F(xiàn)有的車(chē)載雷達(dá)多數(shù)以激光雷達(dá)和微波雷達(dá)為主，激光雷達(dá)精度和穩(wěn)定性較差，而微波雷達(dá)的成本較高。因此，開(kāi)發(fā)穩(wěn)定、高精度、低成本的車(chē)載雷達(dá)越發(fā)重要。
[0003]可見(jiàn)光通信是利用可見(jiàn)光波段作為光載波來(lái)進(jìn)行通信的一種無(wú)線(xiàn)通信手段。由于可見(jiàn)光波段的照明指示LED技術(shù)日益成熟，且LED作為半導(dǎo)體器件具有高速調(diào)制的特點(diǎn)，因此基于LED的可見(jiàn)光通信在近年來(lái)快速發(fā)展。
[0004]近年來(lái)汽車(chē)尾部指示燈紛紛采用壽命更長(zhǎng)、能耗更小的LED燈，這為可見(jiàn)光車(chē)載雷達(dá)提供了高功率的發(fā)射機(jī)。車(chē)尾部的LED指示燈光有較強(qiáng)的穿透性，在雨雪霧霾天氣時(shí)單位距離衰減較小，這保證了可見(jiàn)光傳輸鏈路的可靠性。因此只需要在本車(chē)車(chē)頭加裝一些光電探測(cè)裝置，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)前方目標(biāo)車(chē)的精確探測(cè)定位。該系統(tǒng)無(wú)需額外高成本的發(fā)射器件，同時(shí)通過(guò)相位差算法可以精確定位目標(biāo)，是可見(jiàn)光通信與汽車(chē)?yán)走_(dá)的天然結(jié)合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于可見(jiàn)光通信的精確車(chē)載雷達(dá)及目標(biāo)車(chē)定位方法，使用目標(biāo)車(chē)尾部的兩個(gè)LED指示燈作為信號(hào)發(fā)射端，使用本車(chē)頭部的多個(gè)光電探測(cè)器作為信號(hào)接收端，利用由于光程差產(chǎn)生的信號(hào)相位差，輔以解析幾何的推導(dǎo)，本車(chē)可以計(jì)算出目標(biāo)車(chē)相對(duì)本車(chē)的精確位置。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種基于可見(jiàn)光通信的精確車(chē)載雷達(dá)，在車(chē)頭設(shè)置有至少兩個(gè)分別位于車(chē)頭左右兩個(gè)角部的光電探測(cè)器作為雷達(dá)信號(hào)的接收端，以車(chē)尾的兩個(gè)LED指示燈作為雷達(dá)信號(hào)的發(fā)射端，本車(chē)接收端接收目標(biāo)車(chē)發(fā)射端發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)。
[0008]所述兩個(gè)LED指示燈使用不同的發(fā)射頻率，所述光電探測(cè)器中設(shè)置有用于將兩個(gè)LED指示燈信號(hào)分離開(kāi)的濾波器。
[0009]本發(fā)明同時(shí)提供了基于所述車(chē)載雷達(dá)的目標(biāo)車(chē)定位方法，將目標(biāo)車(chē)兩個(gè)尾部LED指示燈分別用LI和L2來(lái)表示，LI發(fā)射頻率為W1、初始相位為qi的正弦波，即sin(Wlt+qi)，L2發(fā)射頻率為W2、初始相位為q2的正弦波，即sin(w2t+q2);將本車(chē)車(chē)頭兩個(gè)光電探測(cè)器分別用Dl和D2來(lái)表示；[0010]在Dl或者D2使用濾波器將接收到的LI和L2的信號(hào)分離開(kāi)，Dl接收到LI的信號(hào)表不為:
[0011]S11=A11Sin (w^+w^n+q^
[0012]其中A11是增益，tn是LI信號(hào)到Dl的延時(shí)，D2接收到LI的信號(hào)表示為:S12=A12Sin (wjt+wjt^+qj)
[0013]其中A12是增益，t12是LI彳目號(hào)到D2的延時(shí)；
[0014]進(jìn)一步用表示 A11Cos (Wit+Witn+qJ ,用 SL 表示 A12Cos，b^PS。分別通過(guò)將S11和S12相移得到，進(jìn)一步利用接收信號(hào)得到:
[0015]S11Si2-Sj1S12 =A1 ^12SinO1 (r12 -ru))
[0016]其結(jié)果為一個(gè)常數(shù)，即利用Dl和D2接收到的LI信號(hào)，計(jì)算出t12_tn，進(jìn)而計(jì)算出Dl和D2距離LI的路程差Dl1=C (t12-tn)，其中c是光速，同理，利用Dl和D2接收到的L2信號(hào)，計(jì)算出Dl和D2距離L2的路程差Dl2 ；
[0017]在某一個(gè)時(shí)刻，LI距離Dl和D2的路程差為Dl1，那么LI必定位于以Dl和D2為焦點(diǎn)，以Dl1為實(shí)軸長(zhǎng)度的雙曲線(xiàn)某一分支上；而L2距離Dl和D2的路程差為Dl2，那么L2位于以Dl和D2為焦點(diǎn)，以Dl2為實(shí)軸長(zhǎng)度的雙曲線(xiàn)某一分支上，而LI與L2之間距離已知，且LI與L2連線(xiàn)近似平行于Dl與D2連線(xiàn)，因此可得到與目標(biāo)車(chē)之間的具體距離。
[0018]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用本車(chē)車(chē)頭部光電探測(cè)器接收信號(hào)，通過(guò)對(duì)信號(hào)的處理和計(jì)算可以得到目標(biāo)車(chē)位置。該系統(tǒng)具有加裝設(shè)備少、改動(dòng)小、成本低、通信鏈路質(zhì)量高、有效定位范圍大、精度高等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
`[0019]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖2是雙曲線(xiàn)型定位問(wèn)題求解示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0022]如圖1所示，一種基于可見(jiàn)光通信的精確車(chē)載雷達(dá)，在車(chē)頭設(shè)置有至少兩個(gè)分別位于車(chē)頭左右兩個(gè)角部的光電探測(cè)器作為雷達(dá)信號(hào)的接收端，以車(chē)尾的兩個(gè)LED指示燈作為雷達(dá)信號(hào)的發(fā)射端，本車(chē)接收端接收目標(biāo)車(chē)發(fā)射端發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)。
[0023]將目標(biāo)車(chē)兩個(gè)尾部LED指示燈分別用LI和L2來(lái)表示。LI發(fā)射頻率為W1、初始相位為Q1的正弦波，即Sin(W^q1) ,12發(fā)射頻率為W2、初始相位為q2的正弦波，即sin(w2t+q2)。將本車(chē)車(chē)頭兩個(gè)(以最低要求情況分析)光電探測(cè)器分別用Dl和D2來(lái)表示。
[0024]由于LI和L2使用不同的頻率，因此在Dl或者D2使用濾波器可以將接收到的LI和L2的信號(hào)分離開(kāi)，故可以將LI信號(hào)和L2信號(hào)分離單獨(dú)討論。將Dl接收到LI的信號(hào)可以表示為:
[0025]S11=A11Sin (Wit+Witn+qJ
[0026]其中A11是增益，tn是LI信號(hào)到Dl的延時(shí)，D2接收到LI的信號(hào)表示為:S12=A12Sin (wjt+wjt^+qj)[0027]其中A12是增益，t12是LI信號(hào)到D2的延時(shí)。進(jìn)一步的用S表示A11Cos (Wit+Witn+q),用 S:2 表示 A12Cos (WMW1I^fq1), S11 和 Sp均可以用 S11 和 S12 相移得
到。那么可以進(jìn)一步利用接收信號(hào)得到:
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種基于可見(jiàn)光通信的精確車(chē)載雷達(dá)，其特征在于，在車(chē)頭設(shè)置有至少兩個(gè)分別位于車(chē)頭左右兩個(gè)角部的光電探測(cè)器作為雷達(dá)信號(hào)的接收端，以車(chē)尾的兩個(gè)LED指示燈作為雷達(dá)信號(hào)的發(fā)射端，本車(chē)接收端接收目標(biāo)車(chē)發(fā)射端發(fā)射的雷達(dá)信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于可見(jiàn)光通信的精確車(chē)載雷達(dá)，其特征在于，所述兩個(gè)LED指示燈使用不同的發(fā)射頻率，所述光電探測(cè)器中設(shè)置有用于將兩個(gè)LED指示燈信號(hào)分離開(kāi)的濾波器。
3.基于權(quán)利要求1所述車(chē)載雷達(dá)的目標(biāo)車(chē)定位方法，其特征在于: 將目標(biāo)車(chē)兩個(gè)尾部LED指示燈分別用LI和L2來(lái)表示，LI發(fā)射頻率為W1、初始相位為Qi的正弦波，即Sin(W^q1) ,12發(fā)射頻率為W2、初始相位為q2的正弦波，即sin(w2t+q2);將本車(chē)車(chē)頭兩個(gè)光電探測(cè)器分別用Dl和D2來(lái)表示； 在Dl或者D2使用濾波器將接收到的LI和L2的信號(hào)分離開(kāi)，Dl接收到LI的信號(hào)表示為:
S11=A11Sin (Wit+Witn+qi) 其中A11是增益，tn是LI信號(hào)到Dl的延時(shí)，D2接收到LI的信號(hào)表示為:S12=A12Sin (wjt+wjt^+qj) 其中A12是增益，t12是LI信號(hào)到D2的延時(shí)； 進(jìn)一步用Si1表示A11Cos,用S;2表示AuCos^t+Witu+qJ , 和S;2分別通過(guò)將S11和S12相移得到，進(jìn)一步利用接收信號(hào)得到:
SuS12-S11S12 — A11A12sin(iy1 (τ12 —τη)) 其結(jié)果為一個(gè)常數(shù)，即利用Dl和D2接收到的LI信號(hào)，計(jì)算出t12-tn，進(jìn)而計(jì)算出Dl和D2距離LI的路程差Dl1Wt11)，其中c是光速，同理，利用Dl和D2接收到的L2信號(hào)，計(jì)算出Dl和D2距離L2的路程差Dl2 ； 在某一個(gè)時(shí)刻，LI距離Dl和D2的路程差為Dl1，那么LI必定位于以Dl和D2為焦點(diǎn)，以Dl1為實(shí)軸長(zhǎng)度的雙曲線(xiàn)某一分支上；而L2距離Dl和D2的路程差為Dl2，那么L2位于以Dl和D2為焦點(diǎn)，以Dl2為實(shí)軸長(zhǎng)度的雙曲線(xiàn)某一分支上，而LI與L2之間距離已知，且LI與L2連線(xiàn)近似平行于Dl與D2連線(xiàn)，因此可得到與目標(biāo)車(chē)之間的具體距離。
【文檔編號(hào)】G01S17/06GK103713292SQ201410023866
【公開(kāi)日】2014年4月9日 申請(qǐng)日期:2014年1月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月17日
【發(fā)明者】余冰雁, 張洪明 申請(qǐng)人:清華大學(xué)