CN104333420A - 一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置，该装置包括功能控制键、信号产生处理模块、激光收发模块、LED与语音模块，该装置的工作模式包括测障模式、前车告警/通信模式、后车告警/通信模式，通过一个三档位的功能控制键对工作模式进行选择。本发明还提供一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置的工作方法。本发明通过调频连续波激光的调制发射和接收解调能够同时实现行进车辆间语音通信、告警以及近距离测障三种功能，提高了行进车辆间语音通信的便捷性以及距离测量的精度。

Description

一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及交通技术领域，具体是一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置及其工作方法。

 

背景技术

车辆行进过程中，经常会遇到需要与前车或后车之间进行通信的场合，例如后车发现前车异常进行提醒、高速路行车发出超车信号以及行进过程中车辆故障向前后车辆紧急求助等。同时，行进车辆间的相对速度及距离信息直接关系到行进安全问题。

传统的车辆间通信方式是使用无线电进行通信。中国专利CN102547577A展示了一种车辆间通信方法与装置；同时，在汽车防碰撞与倒车雷达的设计中，目前主要采用激光测距、超声波测距等方式。中国专利CN202413767U设计了一种汽车防碰撞装置。传统的车辆间通信或测距装置存在功能单一、结构复杂等问题。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置及其工作方法，通过调频连续波激光的调制发射和接收解调同时实现行进车辆间通信、告警和测障功能。

本发明的技术方案为：

一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置，该装置包括功能控制键、信号产生处理模块、激光收发模块、LED与语音模块；

所述功能控制键，用于对该装置的工作模式进行选择，该装置的工作模式包括测障模式、前车告警/通信模式、后车告警/通信模式；

所述信号产生处理模块，用于产生相应工作模式下带有相应编码码头的激光调制信号并传输至激光收发模块，还用于对激光收发模块传输过来的电信号进行解调处理，控制LED与语音模块动作；

所述激光收发模块，用于根据信号产生处理模块传输过来的激光调制信号产生相应的调幅激光并发射出去，还用于将接收到的激光信号转换成电信号并传输至信号产生处理模块；

所述LED与语音模块，用于根据信号产生处理模块的处理结果，在测障模式下，点亮相应的LED提示灯，并进行语音提示，在前车告警/通信模式、后车告警/通信模式下，点亮相应的LED提示灯，播放解调的语音信号，还用于在前车告警/通信模式、后车告警/通信模式下，将语音信号输入信号产生处理模块。

所述的行进车辆间激光通信、告警与测障装置，所述信号产生处理模块包括调制信号产生单元、前置放大器、混频单元、中频滤波放大单元和信号处理单元；所述调制信号产生单元的输入端连接功能控制键、LED与语音模块的输出端，其输出端连接激光收发模块、混频单元的输入端；所述前置放大器的输入端连接激光收发模块的输出端，其输出端依次通过混频单元和中频滤波放大单元连接信号处理单元的输入端，所述信号处理单元的输出端连接LED与语音模块的输入端。

所述的行进车辆间激光通信、告警与测障装置，所述激光收发模块包括激光调制电路、半导体激光器、光学天线和光电探测器；所述半导体激光器的输入端通过激光调制电路连接信号产生处理模块的输出端，其输出端通过光学天线将产生的调制激光发射出去；所述光电探测器的输入端通过光学天线接收激光信号，其输出端连接信号产生处理模块的输入端。

所述的行进车辆间激光通信、告警与测障装置，所述LED与语音模块包括障碍告警LED提示灯、前车告警LED提示灯、后车告警LED提示灯、扬声器和麦克风。

所述的行进车辆间激光通信、告警与测障装置，所述功能控制键、信号产生处理模块、LED与语音模块装配在车辆的驾驶舱内；所述激光收发模块为两个，在车辆的前部和后部各装配一个。

所述的一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置的工作方法，包括以下步骤：

（1）通过功能控制键选择该装置的工作模式，包括测障模式、前车告警/通信模式、后车告警/通信模式；

（2）在测障模式下，信号产生处理模块产生线性调频连续波信号，并在该线性调频连续波信号周期性发送过程中加入含有本机信息的编码信号作为该装置测障信号的编码码头；

（3）采用带有编码码头的线性调频连续波信号对载频信号进行频率调制，产生激光调制信号和本振信号，激光收发模块在激光调制信号的调制下产生调幅激光并向外发射出去；

（4）激光收发模块将接收到的激光信号转换成电信号，信号产生处理模块对该电信号进行解调处理，计算出车辆与障碍物之间的相对速度和距离信息，当相对速度和距离的计算结果判别为危险时，LED与语音模块点亮相应的LED提示灯，并进行语音提示；

（5）在前车告警/通信模式、后车告警/通信模式下，信号产生处理模块产生含有本机信息的编码告警信号作为该装置告警信号的编码码头；

（6）若有语音信号经由LED与语音模块进入，则将该语音信号拼接在编码告警信号后形成组合信号，并使用该组合信号对载频信号进行频率调制以产生激光调制信号；若无语音信号进入，则仅使用编码告警信号对载频信号进行频率调制以产生激光调制信号；激光收发模块在激光调制信号的调制下产生激光并向外发射出去；

（7）激光收发模块将接收到的激光信号转换成电信号，信号产生处理模块对该电信号进行解调处理，提取出告警信号，LED与语音模块点亮相应的LED提示灯，若告警信号中包含语音信号，则还原声音。

所述的一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置的工作方法，步骤（2）中，所述线性调频连续波信号选用对称三角线性调频连续波信号。

所述的一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置的工作方法，步骤（4）中，所述信号产生处理模块对该电信号进行解调处理，计算出车辆与障碍物之间的相对速度和距离信息，具体包括：

（41）信号产生处理模块对该电信号进行前置放大；

（42）将前置放大后的信号与固定频率的载频信号混频，检测其所带有的编码码头，若与本地测障信号所带有的编码码头相同，则将其与本振信号混频，并将混频后的信号进行滤波放大；

（43）根据滤波放大后的信号包含的多普勒信息，计算出车辆与障碍物之间的相对速度和距离信息。

所述的一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置的工作方法，步骤（7）中，所述信号产生处理模块对该电信号进行解调处理，提取出告警信号，具体包括：

（71）信号产生处理模块对该电信号进行前置放大；

（72）将前置放大后的信号与固定频率的载频信号混频，检测其所带有的编码码头，若检测到告警信号的编码码头，且该编码码头为不包含本机信息的编码告警信号，则将本次混频后的信号进行滤波放大；

（73）对滤波放大后的信号进行提取，得到告警信号。

由上述技术方案可知，本发明通过调频连续波激光的调制发射和接收解调能够同时实现车辆间语音通信、告警以及近距离测障三种功能，提高了行进车辆间语音通信的便捷性以及距离测量的精度。 

 

附图说明

图1是本发明的装置结构示意图；

图2是本发明的功能控制键结构示意图；

图3是本发明的装置工作于测障模式下的流程示意图；

图4是本发明的装置工作于前（后）车告警/通信模式下的流程示意图。

 

具体实施方式

 下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。

如图1所示，一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置，包括功能控制键1、信号产生处理模块2、激光收发模块3、LED与语音模块4，其中，信号产生处理模块2包括调制信号产生单元21、前置放大器22、混频单元23、中频滤波放大单元24、信号处理单元25，激光收发模块3包括激光调制电路31、1.5微米半导体激光器32、确保收发同轴的卡塞格伦式光学天线33、光电探测器34，LED与语音模块4包括三盏LED提示灯（障碍告警灯、前车告警灯和后车告警灯）、扬声器、麦克风。

功能控制键1、信号产生处理模块2、LED与语音模块4装配在驾驶舱内，功能控制键1安装在方向盘上或其它便于行车中司机操作的位置，激光收发模块3在车辆前部、后部适当位置各装配一个，与其它模块间通过有线或无线方式传输数据。

功能控制键1，用于对本发明装置的工作模式进行选择，即选择该装置工作于告警/通信模式（包括前车告警/通信模式、后车告警/通信模式）或测障模式。图2为功能控制键1的结构示意图，当功能控制键1摁下并处于中间位置时，该装置开启并工作于测障模式；当功能控制键1摁下并向前（后）推动时，该装置开启并工作于前（后）车告警/通信模式；当功能控制键1弹起时，该装置关闭。

如图3所示，测障模式的工作过程如下：

（1）调制信号产生单元21产生对称三角波信号（这里，采用对称三角波信号是为了消除距离与速度的耦合现象，便于后期信号处理），在该对称三角波信号的周期性发送过程中加入含有本机信息的编码信号作为该装置测障信号的编码码头，用于辅助回波信号种类的判别；

（2）采用带有编码码头的对称三角波信号对载频信号进行频率调制，产生激光调制信号和本振信号；

（3）激光调制信号经由激光调制电路31进入半导体激光器32，半导体激光器32在该激光调制信号的调制下产生调幅激光，通过光学天线33发射出去；

（4）另一方面，光学天线33将接收到的激光信号传输至光电探测器34，光电探测器34将激光信号转换成电信号；

（5）该电信号经过前置放大器22放大后进入混频单元23，首先与固定频率的载频信号混频，检测其所带有的编码码头，当检测到与本地测障信号所带有的编码码头相同时，再将其与本振信号混频；

（6）混频单元23的输出信号经过中频滤波放大单元24滤波放大后进入信号处理单元25；

（7）信号处理单元25根据回波信息中所包含的多普勒信息计算出车辆与障碍物之间的相对速度和距离信息；

（8）当相对速度和距离的计算结果判别为危险时，LED与语音模块4的障碍告警灯亮起并通过扬声器进行语音提示。

如图4所示，前（后）车告警/通信模式的工作过程如下：

（1）调制信号产生单元21产生含有本机信息的编码告警信号作为该装置告警信号的编码码头；

（2）若有语音信号经由LED与语音模块4的麦克风进入，则将该语音信号拼接在编码告警信号后形成组合信号，并使用该组合信号对载频信号进行频率调制以产生激光调制信号；若无语音信号进入，则只使用编码告警信号对载频信号进行频率调制以产生激光调制信号；

（3）激光调制信号经由激光调制电路31进入半导体激光器32，半导体激光器32在该激光调制信号的调制下产生调幅激光，通过光学天线33发射出去；

（4）另一方面，光学天线33将接收到的激光信号传输至光电探测器34，光电探测器34将激光信号转换成电信号；

（5）该电信号经过前置放大器22放大后进入混频单元23，与固定频率的载频信号混频，检测其所带有的编码码头，若检测到告警信号的编码码头，且该编码码头为不包含本机信息的编码告警信号，则将本次混频后的信号输入中频滤波放大单元24；

（6）混频单元23的输出信号经过中频滤波放大单元24滤波放大后进入信号处理单元25；

（7）信号处理单元25提取出告警信号，LED与语音模块4的前（后）车告警灯亮起，若告警信号中包含有语音信号，则通过扬声器还原声音。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置，其特征在于：该装置包括功能控制键、信号产生处理模块、激光收发模块、LED与语音模块；

所述功能控制键，用于对该装置的工作模式进行选择，该装置的工作模式包括测障模式、前车告警/通信模式、后车告警/通信模式；

所述信号产生处理模块，用于产生相应工作模式下带有相应编码码头的激光调制信号并传输至激光收发模块，还用于对激光收发模块传输过来的电信号进行解调处理，控制LED与语音模块动作；

所述激光收发模块，用于根据信号产生处理模块传输过来的激光调制信号产生相应的调幅激光并发射出去，还用于将接收到的激光信号转换成电信号并传输至信号产生处理模块；

所述LED与语音模块，用于根据信号产生处理模块的处理结果，在测障模式下，点亮相应的LED提示灯，并进行语音提示，在前车告警/通信模式、后车告警/通信模式下，点亮相应的LED提示灯，播放解调的语音信号，还用于在前车告警/通信模式、后车告警/通信模式下，将语音信号输入信号产生处理模块。

2.根据权利要求1所述的行进车辆间激光通信、告警与测障装置，其特征在于：所述信号产生处理模块包括调制信号产生单元、前置放大器、混频单元、中频滤波放大单元和信号处理单元；所述调制信号产生单元的输入端连接功能控制键、LED与语音模块的输出端，其输出端连接激光收发模块、混频单元的输入端；所述前置放大器的输入端连接激光收发模块的输出端，其输出端依次通过混频单元和中频滤波放大单元连接信号处理单元的输入端，所述信号处理单元的输出端连接LED与语音模块的输入端。

3.根据权利要求1所述的行进车辆间激光通信、告警与测障装置，其特征在于：所述激光收发模块包括激光调制电路、半导体激光器、光学天线和光电探测器；所述半导体激光器的输入端通过激光调制电路连接信号产生处理模块的输出端，其输出端通过光学天线将产生的调制激光发射出去；所述光电探测器的输入端通过光学天线接收激光信号，其输出端连接信号产生处理模块的输入端。

4.根据权利要求1所述的行进车辆间激光通信、告警与测障装置，其特征在于：所述LED与语音模块包括障碍告警LED提示灯、前车告警LED提示灯、后车告警LED提示灯、扬声器和麦克风。

5.根据权利要求1所述的行进车辆间激光通信、告警与测障装置，其特征在于：所述功能控制键、信号产生处理模块、LED与语音模块装配在车辆的驾驶舱内；所述激光收发模块为两个，在车辆的前部和后部各装配一个。

6.根据权利要求1～5任一项所述的一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）通过功能控制键选择该装置的工作模式，包括测障模式、前车告警/通信模式、后车告警/通信模式；

（2）在测障模式下，信号产生处理模块产生线性调频连续波信号，并在该线性调频连续波信号周期性发送过程中加入含有本机信息的编码信号作为该装置测障信号的编码码头；

（3）采用带有编码码头的线性调频连续波信号对载频信号进行频率调制，产生激光调制信号和本振信号，激光收发模块在激光调制信号的调制下产生调幅激光并向外发射出去；

（4）激光收发模块将接收到的激光信号转换成电信号，信号产生处理模块对该电信号进行解调处理，计算出车辆与障碍物之间的相对速度和距离信息，当相对速度和距离的计算结果判别为危险时，LED与语音模块点亮相应的LED提示灯，并进行语音提示；

（5）在前车告警/通信模式、后车告警/通信模式下，信号产生处理模块产生含有本机信息的编码告警信号作为该装置告警信号的编码码头；

（6）若有语音信号经由LED与语音模块进入，则将该语音信号拼接在编码告警信号后形成组合信号，并使用该组合信号对载频信号进行频率调制以产生激光调制信号；若无语音信号进入，则仅使用编码告警信号对载频信号进行频率调制以产生激光调制信号；激光收发模块在激光调制信号的调制下产生激光并向外发射出去；

（7）激光收发模块将接收到的激光信号转换成电信号，信号产生处理模块对该电信号进行解调处理，提取出告警信号，LED与语音模块点亮相应的LED提示灯，若告警信号中包含语音信号，则还原声音。

7.根据权利要求6所述的一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置的工作方法，其特征在于：步骤（2）中，所述线性调频连续波信号选用对称三角线性调频连续波信号。

8.根据权利要求6所述的一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置的工作方法，其特征在于：步骤（4）中，所述信号产生处理模块对该电信号进行解调处理，计算出车辆与障碍物之间的相对速度和距离信息，具体包括：

（41）信号产生处理模块对该电信号进行前置放大；

（42）将前置放大后的信号与固定频率的载频信号混频，检测其所带有的编码码头，若与本地测障信号所带有的编码码头相同，则将其与本振信号混频，并将混频后的信号进行滤波放大；

（43）根据滤波放大后的信号包含的多普勒信息，计算出车辆与障碍物之间的相对速度和距离信息。

9.根据权利要求6所述的一种行进车辆间激光通信、告警与测障装置的工作方法，其特征在于：步骤（7）中，所述信号产生处理模块对该电信号进行解调处理，提取出告警信号，具体包括：

（71）信号产生处理模块对该电信号进行前置放大；

（72）将前置放大后的信号与固定频率的载频信号混频，检测其所带有的编码码头，若检测到告警信号的编码码头，且该编码码头为不包含本机信息的编码告警信号，则将本次混频后的信号进行滤波放大；

（73）对滤波放大后的信号进行提取，得到告警信号。