CN102496308B

CN102496308B - 基于gps广播方式的高速公路汽车防撞系统

Info

Publication number: CN102496308B
Application number: CN201110392370.0A
Authority: CN
Inventors: 卜祥元; 卢继华; 张军; 安建平; 田黎育; 李安培; 邵立伟
Original assignee: RESEARCH INSTITUTE OF BIT IN ZHONGSHAN; Beijing Institute of Technology BIT; Guangdong Steelmate Security Co Ltd
Current assignee: RESEARCH INSTITUTE OF BIT IN ZHONGSHAN; Beijing Institute of Technology BIT; Guangdong Steelmate Security Co Ltd
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2011-12-01
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2031-12-01
Also published as: CN102496308A

Abstract

本发明涉及一种基于GPS广播方式的高速公路汽车防撞系统，属于雷达通信技术领域和汽车电子领域；包括GPS接收天线、差分GPS接收机、中心处理器、无线发射接收设备、射频天线和显示器；其中GPS接收天线与差分GPS接收机相连接，差分GPS接收机、无线发射接收设备和显示器分别与中心处理器相连接，射频天线连接到无线接收设备；通过接收周围车辆的位置信息以及自身车辆的位置，分析位置关系，推算车辆间的相对速度关系，从而给出周围车辆的相对位置关系和速度关系并在显示器上进行显示。本发明不需要改装车辆，在现有车辆配置设备基础上，通过增加软件升级与换代，实现高性能判别系统，成本小；提高了汽车主动探测能力。

Description

基于GPS广播方式的高速公路汽车防撞系统

技术领域

本发明涉及一种基于GPS广播方式的高速公路汽车防撞系统，属于雷达通信技术领域和汽车电子领域。

背景技术

近十几年来随着科技进步的飞速发展，世界各发达国家建立了四通八达的交通运输网络，汽车行驶速度的不断提高，恶性交通事故频频发生，且以高速公路汽车追尾事故为最，少则几辆汽车，多则几十辆汽车，甚至多达百辆以上汽车相撞，造成了巨大的损失。高速公路上由于汽车行驶的速度非常快，往往出现碰撞会造成严重的后果，高速公路汽车防撞系统可以有效的提醒驾驶员有关前方的状况。随着技术的进步，二十世纪八十年代后期，以毫米波防撞雷达为基础的汽车主动防碰撞控制技术研究进入了快速发展阶段。当前汽车主动防撞雷达多采用77GHz雷达系统进行主动探测，但是具有设备成本高、安装车辆改动大的问题。

国内对基于雷达的汽车主动防碰撞技术研究和报道都是基于较低频率，如江苏赛博电子有限公司等研制的汽车雷达防撞系统使用38GHz毫米波技术和高速DSP数字信号处理器。监视前向车道上静止的和行驶的车辆，提供20个目标的距离和接近速度数据判断潜在碰撞危险目标，虚警率为10^-3，最小检测距离为1米。中国科学院上海微系统所2001年研制了的35GHz毫米波雷达系统，也是线性调频连续波(LFMCW)体制，调制信号为周期的三角波。集成收发前端为波导结构，天线为喇叭天线，信号处理部分使用通用DSP芯片实现测距范围＞100m，测速范围＞100km/h。2005年，微系统所研制出24GHz全芯片集成的小型防撞雷达。目前，射频发射信号频率达77GHz时，信号提取不足是一个较为严重的问题，基于雷达的汽车主动防碰撞技术的77GHz频段的FMCW汽车主动防碰撞雷达还未见报道。

基于GPS系统探测舰船的雷达已有相关报道，GPS与火车判别前方目标相结合的国际专利也有，表明了GPS结合GIS能对相关交通工具的目标判别起到积极的作用。在77GHz毫米波防撞雷达与GPS系统结合还没有报道。

利用GPS广播技术实现高速公路防碰撞系统硬件上不需要对汽车进行额外扩展，对于控制成本，提高产品的性价比将起很大作用，并且能够融入未来智能交通系统(ITS)，使系统智能化。随着信息化进程的加快，GPS必将在现代化交通工程中发挥越来越重要的作用。同时大量交通事故的分析表明，车祸是由于驾驶员反应不及时引起的，超过65％的车辆相撞属于追尾相撞，其余则属于侧面相撞和正面相撞。有关研究表明，若驾驶员能够提早一秒意识到有事故危险并采取相应的措施，则90％的追尾事故和60％的正面碰撞事故都可以避免。因此利用GPS技术进行高速公路车辆防撞系统的研究具有很好的实用价值。

发明内容

本发明的目的是为提高汽车主动探测能力同时降低车辆设备改造成本，提出一种基于GPS广播方式的高速公路汽车防撞系统。

本发明主要由基于GPS广播方式的汽车位置的播放和接收组件构成，通过接收周围车辆的位置信息以及自身车辆的位置，通过分析自身车辆与周围车辆的位置关系，推算车辆间的相对速度关系，从而给出周围车辆的相对位置关系和速度关系并在显示器上进行显示。

一种基于GPS广播方式的高速公路汽车防撞系统，包括GPS接收天线、差分GPS接收机、中心处理器、无线发射接收设备、射频天线和显示器；其中GPS接收天线与差分GPS接收机相连接，差分GPS接收机、无线发射接收设备和显示器分别与中心处理器相连接，射频天线连接到无线接收设备。

所述中心处理器包括串行接口、ARM微处理器、定位数据编码器、定位数据解码器和显示控制器；其中串行接口将GPS定位数据接入ARM微处理器，定位数据编码器、定位数据解码器和显示控制器分别与ARM微处理器相连接。ARM微处理器处理数据通过显示控制器在显示器上进行显示。定位数据解码器对无线发射接收设备接收到的其他车辆广播的定位信息解码，得到定位数据；中心处理器中的ARM微处理器快速地将串行接口接收的GPS定位数据，以及经数据解码后的定位数据，进行联合实时分析、自适应排除虚假目标，并对动目标进行检测和识别，将处理后的待显示信息数据送入显示控制器中，同时将欲输出广播的定位数据以一定格式送入定位数据编码器中。定位数据编码器将提取的定位数据进行编码送入无线发射接收设备中进行发射的模拟处理。

所述的显示器为可触摸屏，通过显示控制器将输入数据传入中心处理器。

所述无线发射接收设备包括发射通道、接收通道、双工器和晶体振荡器；其中发射通道包括数字扩谱调制器、D/A、放大器、滤波器、上变频器和功率放大器，上述组件顺序相连；接收通道包括数字扩谱解调器、A/D、放大器、滤波器、下变频器和低噪声放大器(LNA)，上述组件顺序相连；晶体振荡器分别连接上变频器和下变频器，为其提供本振；发射通道的功率放大器和接收通道的LNA通过双工器与射频天线相连接。

所述的射频天线为全向射频天线。

本发明的系统工作过程为：

步骤一、GPS接收天线接收GPS信息送入差分GPS接收机；

步骤二、差分GPS接收机将获取的一定范围内的GPS及GIS数据送出至中心处理器的串行接口；

步骤三、中心处理器的串行接口将步骤二输出的GPS定位数据串行接入ARM微处理器；

步骤四、ARM微处理器将GPS定位数据进行存储、编码，送出“中心处理器”至无线发射接收设备；

步骤五、无线发射接收设备中将步骤四输出的信号经过无线发射接收设备的发射通道送入射频天线广播出去；

步骤六、本系统的无线发射接收设备接收其他车辆广播的GPS定位信息并经无线发射接收设备的接收通道数字扩谱解调后送入中心处理器；

步骤七、中心处理器将步骤六输出的数字扩谱解调后的数据通过定位数据解码器得到其他车辆的定位信息，在中心处理器中进行数据处理。处理结果为车辆周围多个静、动目标的速度、距离、方位角信息。

为了实现对多目标的处理，本发明中的数据处理方式采用扩谱码分与时分方式实现，并且限制发射通道中功率放大器的功率以降低参与判决的车辆数目及汽车防撞系统的功耗。

有益效果

本发明具有以下优点：

1)本发明不需要改装车辆，在现有车辆配置设备基础上，通过增加软件升级与换代，实现高性能判别系统，成本小；

2)提高了汽车主动探测能力；

3)将GPS技术用于车辆防撞系统中，不需改动车辆的硬件设备，有利于加快未来智能交通(ITS)的进程；

4)能够将定位判别信息更加及时的提前提供给驾驶员，从而对危险规避具有较好的促进作用，特别适用于高速公路行驶。

附图说明

图1为本发明“基于GPS广播方式的高速公路汽车防撞系统”的防撞系统单站组成框图；

图2为本发明“基于GPS广播方式的高速公路汽车防撞系统”实施例中的中心处理器组成框图；

图3为本发明“基于GPS广播方式的高速公路汽车防撞系统”的无线发射接收设备组成框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

一种基于GPS广播方式的高速公路汽车防撞系统如图1所示，包括GPS接收天线、差分GPS接收机、中心处理器、无线发射接收设备、射频天线和显示器；其中GPS接收天线与差分GPS接收机相连接，差分GPS接收机、无线接收设备和显示器分别与中心处理器相连接，射频天线连接到无线接收设备。

本实施例中的差分GPS接收机采用固定单站和移动单站两种形式。移动单站即安装于汽车上的基于GPS广播方式的高速公路汽车防撞系统。固定单站即安装于高速公路入口或收费站上的差分GPS接收机，当汽车经过收费站时，固定单站的差分GPS接收机所测得的卫星定位误差数据对移动单站上的定位结果进行修正，以获得高精度的GPS信息。

所述中心处理器包括串行接口、ARM微处理器、定位数据编码器、定位数据解码器和显示控制器，如图2所示。

所述无线发射接收设备包括发射通道、接收通道、双工器和晶体振荡器，如图3所示。本实施例的射频天线工作在433MHz。

本实施例中，移动单站的差分GPS接收机将获取的200米范围内的GPS及GIS数据送出至中心处理器的串行接口；中心处理器的串行接口将上述移动单站差分接收机输出的GPS定位数据串行接入ARM微处理器；防撞系统单站的定位广播和定位接收获得的精确GPS信息，结合GPS广播方式接收的数据在中心处理器中进行定位数据的分析、虚假目标排除及动、静目标识别等。汽车防撞系统对200米探测范围内的目标进行探测和识别，经整合、分析和计算车辆间的距离、速度及方位角确定相互位置的相关信息，处理结果为汽车本身200米探测范围内多个静、动目标的速度、距离、方位角信息，并将测算出的数据以0.1秒的刷新速率，送入显示器显示。

本实施例中，在对多目标处理时，数据传输采用码分多址与时分复用相结合的方式，且限制发射通道中功率放大器功率为20mW，以降低汽车防撞系统的功耗并使得参与判决的车辆数目减少，从而实现精度更高。

以上所述为本发明的较佳实施例而已，本发明不应该局限于该实施例和附图所公开的内容。凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims

1.基于GPS广播方式的高速公路汽车防撞系统，其特征在于：包括GPS接收天线、差分GPS接收机、中心处理器、无线发射接收设备、射频天线和显示器；其中GPS接收天线与差分GPS接收机相连接，差分GPS接收机、无线发射接收设备和显示器分别与中心处理器相连接，射频天线连接到无线接收设备；

所述中心处理器包括串行接口、ARM微处理器、定位数据编码器、定位数据解码器和显示控制器；其中串行接口将GPS定位数据接入ARM微处理器，定位数据编码器、定位数据解码器和显示控制器分别与ARM微处理器相连接；ARM微处理器处理数据通过显示控制器在显示器上进行显示；定位数据解码器对无线发射接收设备接收到的其他车辆广播的定位信息解码，得到定位数据；定位数据编码器将提取的定位数据进行编码送入无线发射接收设备中进行发射的模拟处理；

所述的显示器为可触摸屏，通过显示控制器将输入数据传入中心处理器；

所述无线发射接收设备包括发射通道、接收通道、双工器和晶体振荡器；其中发射通道包括数字扩谱调制器、D/A、放大器、滤波器、上变频器和功率放大器，上述组件顺序相连；接收通道包括数字扩谱解调器、A/D、放大器、滤波器、下变频器和低噪声放大器，上述组件顺序相连；晶体振荡器分别连接上变频器和下变频器，为其提供本振；发射通道的功率放大器和接收通道的低噪声放大器通过双工器与射频天线相连接；

所述的射频天线为全向射频天线；

所述差分GPS接收机采用两种形式，第一种为安装于高速公路入口或收费站上的固定单站，第二种为安装于汽车上的移动单站；

系统工作过程为：

步骤一、GPS接收天线接收GPS信息送入差分GPS接收机；

步骤七、中心处理器将步骤六输出的数字扩谱解调后的数据通过定位数据解码器得到其他车辆的定位信息，在中心处理器中进行数据处理；处理结果为车辆周围多个静、动目标的速度、距离、方位角信息。

2.根据权利要求1所述的基于GPS广播方式的高速公路汽车防撞系统，其特征在于：所述射频天线工作在433MHz。