CN1269899A - 多频率光电检测系统 - Google Patents

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Abstract

一种冲突避免装置(28,30),安装在主机动车(20)上,用以检测监视区(24,26)中邻近机动力(22)的存在。传感器模块(30)包括监视监视区(24,26)的独有部分的多个离散传感器系统,每个传感器系统都包括:发射器(52)将具有预定猝发信号长度的光能量(54)的固定频率调制光束(58)发射到监视区(24,26)的独有部分;接收器(68)具有与发射光束(58)基本对齐的视线区(62),用以产生固定光重迭区(A),并检测光能量(66)及产生接收信号。频率产生器(48)产生两种或更多种预定的不同固定频率,用以由发射器(52)在每种频率发射光束(58)。移相器(70)产生与每个固定频率成不同预定相位延迟关系的移相参考信号。混合器(72)混合每个接收信号和每个移相参考信号,以产生每个频率的解调信号。处理器(40)接收和处理限幅限幅放大器(76)产生的用于每个固定频率的每个离散传感器系统的交流耦合逻辑电平检测信号,以便判断在监视区(24,26)中的机动车(22)的存在。选择的固定频率和预定相位延迟用以产生零接收信号,该信号是由光重迭区(A)中的均匀分布的大气反向散射的发射光束的反射造成的。

Description

多频率光电检测系统
                         发明背景
本发明一般涉及用于检测在监视区中目标的存在的检测系统，尤其涉及使用多频率(multiple frequencies)的红外线信号的红外检测系统，用以区分从监视区中的目标反射的光和其它光，并且具有选择性地改变监视区的边界的装置。
在许多众所周知的光电同步检测系统中，通常利用由方波或低占空因数脉冲产生器/振荡器启动的LED而将脉冲光束信号发送到监视空间的容积(volume)或面积区(zone)。光电检测器利用包括脉冲LED光束的观察区来瞄准所述监视区，以便能够接收所述信号的任何反射信号，从而检测监视区中的目标的存在。这种系统利用三角测量法来区别从监视区中的目标反射的光与从远离监视区边界处放射的光，并且在Juds的美国专利5,463,384中对这种系统进行了描述。
为了屏蔽掉来自不是从目标反射的其它源(例如其它电源或光源)的噪声和信号，采用了同步接收器，该同步接收器仅在可预测到脉冲信号的反射时才开始该接收器的操作。这样就阻碍了在可能没有反射脉冲信号的期间内，由于检测到来自其它源的光能量而产生的任何响应。
为防止可能检测到固有随机电路噪声和检测器发射噪声，对系统施加了一个固定的检测阈值，该阈值的电平超过了所预期的能由检测电路检测到的固有随机噪声电平。这就允许检测电路忽略这种噪声。由于噪声引起的误检测的可能性是阈值电平相对于实际噪声电平的函数，所述实际噪声电平的幅度通常呈高斯(Gaussian)分布。
其它固定阈值光电检测系统的例子可在下列美国专利中找到：Fayfield的4,356,393、Juds的4,851,660、Everett，Jr.的4,851,661、Juds的4,990,895以及Beggs等的5,122,796。尽管这些固定阈值同步检测系统已被发现对于用于大多数光电传感器应用场合来说是有用的，但它们在噪声电平高度不一致且随机变化的工作环境下，在需要很高接收器灵敏度的场合下，准确度却不够高。
在这样的环境下，检测器系统性能由于必需修整(tailoring)检测阈值电平，以便在最差的预期噪声条件环境中进行工作从而保证满意的噪声抗拒电平而受到阻碍。当检测系统用于室外操作环境下的机动车检测时便存在这种状况。这种用于检测驾驶员的盲点中的机动车的系统会遇到由于周围光线条件而造成的很大的噪声变化，所述光线条件从漆黑的夜晚到从白色表面反射的8500ft-cdls的阳光，再到从湿的路面反射的高达70,000ft-cdls的阳光的范围内变化。此外，这种系统可由于比如大雾或大雪所造成的大气反向散射(backscatter)的存在而受到不良影响(fooled)，从而错误地指示盲点中机动车的存在。由于这种系统的误检测会使它们对于机动车驾驶员来说不可靠，因而消除误检测是一个重要目标。
在盲点检测系统中，所检测目标机动车的反射性变化范围很广，周围光线条件的变化范围也是很广。因此，要求这种系统能够检测反射性在从黑到白范围内变化、光线条件在从漆黑的夜晚到明亮的阳光的范围内变化的机动车。因此，要求检测在从夜晚的黑色机动车到明亮阳光下的白色机动车的范围内变化。
在黑夜中，在检测器中仅产生极少的光电流，造成了极少的发射噪声。然而，在明亮的白天工作会在接收器光电二极管中造成相当大的DC电流，从而造成很高的发射噪声电平。当接收器在明亮的阳光下观察到白色目标机动车时，光电流所产生的发射噪声比接收器放大器本身的固有电子噪声大许多倍。为避免由于高电平的反射噪声所造成的误检测，所需的阈值必须和最坏情况下的发射电平相比为相当大。这种高阈值会造成在检测所有光线条件下的非常黑、低反射目标时的低系统性能。
已经多次试图克服这种由系统噪声电平的很大变化范围而造成的操作问题。其中包括根据噪声幅度特性的测量而以某种形式的自适应调节来提供检测系统，所述噪声幅度特性的测量然后会用于设置接收器的检测阈值。这就使自适应阈值接收器优化其相对于周围测量的接收器噪声的灵敏度，以保持信号接收完整性。这种系统的例子可在下面的美国专利中找到：Bumgardner的3,999,083、Hardy等的4,142,116、Conner等的4,992,675以及Pastor的5,337,251。
这种系统非常昂贵，因为它们需要增加连续测量噪声的电路，以便在检测到实际信号时阻止这种噪声测量并维持先前的测量，并且将测到的电平反馈回可变增益级。这种电路增加了部件和装配劳动力，并增大了系统尺寸。
诸如在上面提到的专利中公开的机动车盲点检测系统既利用了驾驶员侧的检测器，也利用了乘客侧的检测器。一种系统包含在一个模块中的六个发射器-检测器对的组合，这些检测器是成对的反极性光电二极管。系统的有效范围由这些部件的几何形状决定。这些部件都非常小并且在制造时需要保持很精确的容差(tolerances)，以便保持它们的几何形状。
此外还建议提供一种盲点检测器，其特征是同步脉冲检测系统具有由接收器噪声的统计特性固有地控制的自适应阈值，以便优化系统接收器的灵敏度并且保持可接受的低误检测率。多测试(multi-test)零阈值检测器检验处于两个或更多个隔离的时间点上的有限带宽接收器的复合噪声和脉冲响应，所述时间点是由脉冲发射来定时的，以便对应于预期的最大和最小电压峰值以及发射脉冲反射的回扫响应(flyback responses)。采用了一个向上/向下计数器，仅当比较器报告了响应的正确极性时才进行向上计数，而对所有其它响应都进行向下计数。向上/向下计数器重重偏向向下计数，直到接收信号相对于噪声来说大到足以能克服负计数偏向，并且向上计数，以产生检测信号。在这种系统中，在没有有效信号的情况下，误检测率随计数器的长度呈指数下降。这种系统在PCT/US97/20637中公开，在此将该申请以参考方式包含在此文中。
这种检测器系统也是基于发射器和光敏器件的几何排列来工作的。因为三角测量法用于区分检测到的来自监视区中目标的反射和来自监视区外的反射，所以这些元件的精确排列是很关键的。而且，由于需要三个透镜，所以其装置仍有很大体积，并且必须安装在机动车主体上或机动车主体内，通常是安装在尾灯上。
使用三角测量法的系统需要用于每个发射器的第二接收器，以便对来自监视区中的非均匀目标的反射有足够的不敏感度。这种双三角测量系统不仅要承受用于额外电路和元件的附加成本负担，而且增大了装置的物理尺寸，这就使它对于具有空间意识的汽车制造商来说缺乏吸引力。
因此，需要小而紧凑的检测系统，以便足以安放在机动车的外后视镜之中或其上。还需要这样的检测系统：即该检测系统不要求发射器和光电检测器的精确相对定位，也不要求使用双三角测量法，这样便能够使用更少和更低成本的组件、更小的装置尺寸和最小的制造成本。还需要这样的检测系统：即该检测系统含有内置的用于选择性地改变监视区边界的调整装置。
现有技术的光能量检测系统只不过是光学测距(ranging)技术的一部分。在另一部分中，短脉冲激光束被发向远方的目标，并且确定该光束的反射时延。根据此信息，便能确定目标的距离，诸如美国专利Nos.2,234,329；3,723,002；4,634,272；5,179,286；5,699,151和5,724,141中描述的。其它的测量反射的固定频率调制光的相位延迟的系统比如在美国专利Nos.3,778,159；3,888,588；4,146,328；5,194,906和5,239,353中所描述的。
另外的测量振荡器的频率并且包括反馈回路中的光路的系统比如在美国专利Nos.3,649,123；3,739,628；3,778,160；5,125,736和5,309,212中所描述的。还有一些测量通过混合传输频率与返回频率而产生的差分频率的系统，该系统以FM-CM或线性调频调制(chirp)著称，如美国专利Nos.3,647,298和4,721,385中所描述的。
这些测距探测系统主要是为勘测和军事应用而开发的，它要求长距离的精确判断。尽管这样的系统发现能用于盲点检测应用场合，但它们要求的设备对商业实用性来说是既庞大又昂贵。
然而，已经提出了类似的用于汽车使用的系统。已提出一种这样的系统，它用在机动车中，用于检测和跟踪前方目标。如美国专利No.5,461,357中所述的那样，计算机跟踪机动车和检测目标的相对速度，以判断目标是否存在对机动车的危险。另一种系统，如美国专利5,260,682中所描述的，使用移相原理来判断机动车和来临目标之间的距离。利用该距离的变化率以及机动车的速度来决定目标的速度。这些系统都是非常复杂并且相当昂贵的。结果，迄今为止没有发现它们的商业应用性。
这种距离测量系统的附加问题是必须克服大气反向散射(backscatter)。在汽车设定中，这种反向散射以雾、雪和路面水花或薄雾的形式出现。这个问题由于以下相冲突目的而恶化：(a)检测位于远离监视区边界的反射率很低的汽车；以及(b)在出现大雾、薄雾或雪的情况下，保持对误检测的免除性。尽管与远离监视区边界的黑色汽车相比，大气反向散射的反射率通常比较小，但光电系统中的返回信号随着远处场地(大于几英尺)距离的平方而减少。因此，在3英尺处目标的光电响应比21英尺处目标的光电响应强大49倍。这种特性加重了问题的严重性，因为近距离的大气反向散射的灵敏度与远离监视区边界处的反向散射要好得多，并且在没有任何形式的补偿的情况下，要使这些目的之间保持平衡事实上是不可能的。
这个问题在美国专利Nos.5,724,141；5,311,012；5,354,983和5,418,359中已做了论述。然而，提出的解决方案要求附加组件和电路，这就使得它们非常昂贵，从而对于汽车应用是不切实际的。
                        本发明的概述
本发明的一个目的是提供一种光电目标检测器，该检测器不要求发射器和光电检测器的精确相对定位，因而能采用不太昂贵的组件和制造过程。
本发明的另一个目的是提供一种光电目标检测器，该检测器具有用于选择性地改变监视区的边界的装置。
本发明的再一个目的是提供一种小而紧凑的光电检测器，该检测器足以放置在机动车的外后视镜之中。
本发明的又一个目的是利用移相原理来判断监视区的边界内目标的存在。
本发明还有一个目的是提供一种检测系统，其中大气反向散射造成的检测信号被有效地无效掉(nulled)。
本发明提供了一种系统，该系统不再需要测量检测目标的具体距离，而只需判断该目标是否在监视区中。该系统使用简单的相位延迟测量机构，其中所使用频率的选择使得监视区中的目标所反射的返回信号对每个使用频率产生正解调信号，从而消除了现有技术系统的复杂性。
本发明还提供了一种系统，该系统通过战略地定位发射器-接收器观察区的重迭以及选择修整到监视区特性的自然检测零信号来抵消大气反向散射的影响。
在一个方面，本发明的特征在于一种用于检测监视区边界内的目标的光电检测系统，该光电检测系统包含：一发射器和光电检测器对，其中发射器将多频率光能量的脉冲光束发射到监视区中，并且所述光电检测器检测包含从监视区内的一目标反射的光束的光能量的光能量，并且产生光检测信号；以及一控制器，用于操作所述发射器和光电检测器对，并用于对每个频率产生一相位延迟参考信号。该控制器将光检测信号和参考信号进行混合，以便对每个频率产生相位差信号，该信号的极性随着到目标的距离呈正弦性地变化，并且比较这些相位差信号的极性，以判定监视区中目标的存在。
最好，所述检测系统包括多个发射器和检测器对，每对都用于监视监视区的一个独有部分，而且所述控制器可操作地调整每个参考信号的相位，以改变监视区的有效边界。
在本发明的另一个方面，所述控制器包括移相器，该移相器用于对参考信号进行移相，以便与从监视区边界处的目标所反射的发射信号的预期相移相等，这就使比较器能够确定所接收到的光能量是从所述边界内部的目标反射的还是从所述边界外部的目标反射的。
按照本发明的另一个方面，所述控制器包括可编程移相器，该移相器在每个频率都产生顺序参考信号，这些参考信号被移相到与从远离监视区边界处的目标所反射的相应光能量脉冲的预期相移相等，这就使比较器能够确定所接收到的光能量的相移是比参考信号的相移更大还是更小。
最好，所述检测系统安装在每个机动车的外后视镜上。
在本发明的另一个方面，一种冲突避免装置(collision avoidanceapparatus)，安装在主机动车上，以检测一监视区中的邻近机动车的存在，并且具有包括至少一个用于监视监视区的独有部分的离散传感器系统的传感器模块。一发射器将具有预定猝发信号(burst)长度的光能量的固定频率调制光束发射到监视区的独有部分，并且具有基本与发射光束对齐的视线区的一接收器检测光能量并且产生一接收信号。一频率产生器产生至少一种固定频率，一移相器产生与所述固定频率成预定相位延迟关系的移相参考信号，并且一混合器从每个接收信号和每个移相参考信号中产生解调信号。所发射光束的辐射模式(radiation pattern)和接收器的视线区具有固定的光重迭区，而选择的固定频率和预定相位延迟是为了基本上产生零接收信号，该零接收信号的产生是由光重迭区中的均匀分布的大气反向散射的发射光束的反射造成的。
通过参照以下对附图中示出的优选实施例的详细描述，本发明的这些和其它目的和特征将会变得更加清楚。
                         附图的简要说明
图1是采用按照本发明的检测系统的机动车的示意图，描述了邻近该机动车的盲点中的监视区；
图2是包含按照本发明的检测系统的乘客侧外后视镜的透视图；
图3按照本发明的多频率检测系统的示意电路图；
图4是图2所示系统的激光二极管驱动电路的示意图；
图5是图3所示系统的接收电路的示意图；
图6是描绘三种频率的解调函数与距离关系的图表，说明只有单个区域表现出对所有频率的正解调响应；
图7是描绘光电额外增益(excess gain)作为距离的函数的图表，用于固定直径的回射反射目标和扩散漫射白色目标，描述了观察区重迭的影响；
图8是表示净系统响应函数的图表，包含三种频率与(AND)函数和光电响应函数，描述了净响应作为距离的函数；
图9是表示用于具有4ft.(英尺)(1.22m)处的邻近零信号和0.2″(6mm)的透镜分离度(separation)的15Mhz调制信号的积分(integration)函数示例的图表；
图10是表示由15Mhz调制的大气反向散射造成的检测信号的图表，用于相对于标准的白色漫射反射体的.05％/ft.的反向散射反射率；及
图11是表示基于系统脉冲响应的噪声影响的图表。
                    优选实施例的详细描述
这里图示和描述的检测系统是在PCT/US97/20637中公开的那种类型的机动车盲点检测器。它的功能是给主机动车20的驾驶员提供邻近区24和26中的一个或多个机动车22的存在的信息，如图1所示，邻近区24和26是由具有边界24a、b、c、d和26a、b、c、d的检测系统或装置28和30来监视的。这些监视区24和26包括所谓的“盲点”或机动车20的驾驶员不能直接或通过内部和外部的后射镜看到的区域。检测系统28、30的发射器和检测器单元最好安装在机动车的外后视镜之中或其上，如图2所示，其中的一个后视镜(32)用于安装检测系统单元30。
本发明的检测系统的电路在图3中示意性地表示为包括一个通过接口42连接到机动车系统的微控制器40。微控制器40协调处理(orchestrates)各种系统控制和定时逻辑以及与机动车20的接口，以接收电源和传感器驱动请求以及发送传感器检测和条件状况。尽管检测系统包括六种红外传感器光束，这些光束由现有技术中的公知装置通过恰好在激光二极管驱动放大器44之前扇出(fanning out)以及恰好在接收器放大器46之前扇入(fanning in)来复用，但图3中的简化图代表了该系统的所有相关功能。
如图6所示，系统以三种不同的频率工作，每种频率都有偏置相位(15Mhz具有-24ns的偏置，2.5MHz具有+26ns的偏置，以及1.875MHz具有-72ns的偏置)。在这种盲点应用场合中，需要大约4-20ft的监视区，以便足以克服从外部后视镜测量到的驾驶员侧和乘客侧的盲点。接下来将选择15MHz作为主要频率来说明其原因。
15MHz的周期为66.67ns。一返回信号与相同频率的相控参考信号进行混合，该参考信号与监视区边界范围的返回信号成90°异相。这将从混合器产生零输出，因为这些信号是相位正交的。处于较近距离的返回信号将产生+信号，而在较远距离处的返回信号将产生-信号，因为返回光信号按照检测目标的距离变化的1.97ns/ft进行移相，在15MHz时为10.7°的相移。最大信号产生在相移为180°的倍数时，而零信号产生在相移为90°时。因此，在22ft处有零信号的系统也会产生零信号于： 22 ft - 180 360 66.67 ns 1.97 ns / ft = 5.08 ft
该系统也会在5.08ft-22ft的距离内产生正检测，而在22ft-38.92ft的距离内产生负检测，在38.92ft-55.84ft的距离内产生正检测，等等，每隔16.92ft的距离就转换极性，从而造成混淆不确定性。我们应用两种附加频率来解决混淆问题。这里选择了2.5MHz和1.875MHz，这样针对所有三种频率的返回信号的正响应都要求将被检测目标放置在监视区中。
微控制器40按照这三种频率循环操作六个发射器-检测器对中的每一对，以便判断监视区中的机动车的存在。微控制器40选择三种频率中的一种，并将正确的控制位发送到产生所需频率的频率产生器48。在预定的时间，微控制器40发出一猝发信号(BURST)信号50，其持续时间通常为40μs，用于给放大器44提供门控信号，而放大器44又依次用典型的1amp的峰值电流驱动激光器二极管52。猝发信号次序可包括以一种频率顺序激励每个二极管，然后转换成下一种频率；或者，该次序可包括以所有三种频率顺序激励每个二极管，然后转换到下一个二极管。
由激光二极管52发射的调制红外光猝发信号54由发射器透镜56收集和校准，并产生射向监视区26(图1)的独有部分的光束58。接收器透镜60具有与区域A中的发射光束58重迭的观察区62，因此，来自目标62的任何反射66都收集和聚焦到接收器光电二极管68，其中光被转换成电流并发送到放大器46。
当频率产生器48产生预定频率时，它同时将该频率发送到多级移相器70，该多级移相器将相移参考信号提供到混合器72的LO端口，其中该相移参考信号与提供给RF端口的接收信号混合并解调。移相器70所采用的相移量是由控制器40按照边界范围相对于特定频率所需响应的极性来设定的。混合器68对RF端口的接收信号与LO端口上相同频率的相移形式执行乘法操作。
解调后的IF端口输出由下列公式确定：
    IF输出＝Km{SIN(2fπ(t-γ))[ARSIN(2πf(t-2d))]}，
而低通滤波的IF输出由下列公式给出：
          LPF输出＝KmARCOS(2πf(2d-γ))，其中：        Km＝混合器72的转换增益，
          AR＝接收器放大器46的信号幅度，
          f＝操作频率，以GHz表示，
          t＝时间，以ns(纳秒)表示，
          γ＝移相器70的时延，以ns表示，
          d＝到目标的距离，以英尺表示。
在以上公式中，距离d设为1.0ft/ns，是光的传播速度的近使值，实际上仅为0.984ft/ns。
因此，当包括到达目标并且返回的传播延迟的接收器延迟等于相移时，因为COS函数(2πf(2d-γ))的幅角为0，所以响应最大。在图6中，15MHz波形的延迟为24ns，相应于12ft.处的峰值响应，其中，光的传播延迟(传出并且返回)为24ns。很明显，只要COS函数的幅角是90°(π/2弧度)的奇倍数，就将发生零信号。因为15MHz的周期为66.67ns，所以90°的移相等于16.67ns，并且在距离前面所提到的12ft处的峰值响应为±8.33ft处产生零信号。这对应于图6中所描述的在4ft和20ft距离标记处产生的零信号。同样，当COS幅角是180°的偶倍数时，输出响应将处在负的峰值。
在前面所提到的现有技术的距离检测装置中，有必要解决返回信号的准确相位角，以便确定检测目标的准确距离。对此通常是采用两个混合器来实现的，两个混合器都具有相同的与RF端口的连接关系，但其中一个具有用于其LO端口信号的附加90°移相。然后，这两个IF端口输出被低通滤波并且被数字化。由此，反正切函数(arctan)计算法可产生相角。本发明通过仅使用一个混合器并去掉模数转换器而消除了这种复杂性及附带的开支，本发明仅简单地检测正输出的存在与否。混合后的信号通过低通滤波器74和高增益限幅放大器76来发送，用于由微控制器40来检测判断。这将指示检测目标是在监视区内部还是外部，并且可按照“go-no go”检测器来简单地操作。
如图11所示，正的接收信号的极灵敏的检测是通过发送光的猝发信号(40μs)，然后决定接收放大器76上的猝发信号的包络线来实现的。检测的原理在于，对接近发射的猝发信号结尾的响应进行统计采样，之后又在猝发信号结束后大约30μs之后对反馈响应进行统计采样。该技术更充分地描述于PCT/US97/20637中。在可从样本中得到的四种可能的状态中，检测算法将对低-低(Lo-Lo)、低-高(Lo-Hi)和高-高(Hi-Hi)响应进行向下计数，并且仅对高-低(Hi-Lo)响应进行向上计数。该技术在出现随机噪声时使计数3∶1偏向向下计数，并仅在出现基本返回信号时连续向上计数。计数器计数受到零底数及+15阈值的限制，这将使得由微处理器40进行目标检测并继续，直到计数返回到零。如PCT/US97/20637中所说明的，该算法将造成大约60％的RMS噪声电平的有效阈值，并具有可忽略的大约5E-8的伪警报率。
通过使用这种简化的单一混合器方法，提供的信息仅仅是目标是否在相应于一个正半周期的范围内，但不知道是哪一个。这就产生了众所周知的由这种一般类型的所有测距设备所遇到的模糊或混淆问题。
这里，多频率(2.50MHz和1.875MHz)用于确定目标是否在相应于监视区的15MHz的正半周期中。如图6所示，这些频率的使用仅产生一个区域(大约4-20ft)，其中所有三个频率都在检测到一目标时产生正响应。正响应也可在超过350ft的范围内在所有三个频率都发生，但即使从非常强的反射体返回的任何返回信号也都很弱，以致不能检测，因此根本不需要考虑这种信号。精心选择频率和相移或者偏移，以便在可返回足够强信号的整个范围内获得唯一结果。
图7示出了光电响应函数，用于通用于路旁和汽车防护板的固定尺寸回射器，并用于比如涂刷过的建筑物旁边的扩散漫射白色反射目标。垂直刻度表示超过检测阈值的信号电平。请注意来自漫射白色物的返回信号随着距离的平方而减小。虽然回射器返回信号在短范围内非常强，但它随着距离的四次幂而减小。由于图7表示对超过300ft都有检测可能性，但必须精心选择频率和相移偏置，以保证排除在此距离内的任何混淆。利用本例中的三种频率，使得光束重迭功能和光电响应产生了图8所示的净系统响应函数，并且仅在4-20ft范围中产生正响应，并且在可检测到返回信号的更大距离处没有混淆区。
因此，本发明不再需要产生SIN和COS混合器的乘积，而且不再需要对它们中的每一个执行模-数转换。它提供了一种简单的存在/不存在(″go-nogo″)检测系统，该检测系统可靠地表示在可产生正的混合器解调乘积的180°相位区域中目标的存在。通过仔细地修整频率和相位偏置，可对其它监视区范围实现类似的结果。
与由大气反向散射(雾、薄雾、雨、雪、喷洒)所造成的误检测相关的问题可通过精心选择发射器光束模式和检测器视线区的重迭功能，以及选择解调函数中较近区零信号所处的位置来减到最小。大气反向散射可通过确定每英尺深度的固定反射率百分比来合理模拟。例如，对于每英尺反射.001％的轻雾来说，从该轻雾返回到接收器的全部信号是用于图6的解调函数的每英尺距离的总和，乘以来自图7的光电响应，再乘以.001％。
图7示出了基本的光电响应，它包括接收器视线区与发射器辐射模式的重迭函数，并包括与漫射白色目标的距离的反平方关系。在重迭开始的大约3ft处为急剧上升阶段。如果重迭开始更近，用于漫射白色目标的曲线将在0.5ft处骤升至高达每200,000(2e+5)的峰值。这种难以置信的高灵敏度即便是对最轻的大气反向散射来说也的确是个问题。光束重迭的开始距离是由发射器透镜56距离接收器透镜60的间隔、光束和视线区的角度发散、以及它们的定向瞄准所决定的。这些参数都可由系统设计师来控制。
再参照图6，近零信号(near null)是在15MHz曲线上的大约4ft的距离处。将该零信号定位在比重迭点更大的距离处将产生某种补偿负信号，该负信号用于补偿更远距离处的正信号作用。图9显示了相对反向散射作用和该信号在0-75ft距离上的积分。所有这些针对很大距离的作用的总和最好接近零，这样就可得到用于第一阶近似值的反向散射信号的固有自抵消作用。很明显，近距离处的负信号作用量对于实现此目标是很关键的。保持平衡是很重要的，因为太大的正作用会导致误检测，而太大的负作用会降低对特别黑的机动车的灵敏度。
图6描述了利用用于15MHz的预定近零位置来改变透镜分离度的效果。当解调器零信号定位在零距离时，没有近零负作用。随着透镜分离度的增大，会改善指示更大分离度更好的点的状况。然而，1-英寸的分离度会在4英尺外(out to 4ft)产生“死”区(非检测区)，而2-英寸的分离度会在8英寸外产生“死”区，该死区在汽车盲点场合会更过度。图10中的垂直刻度相对于传感器的检测阈值而校准。因此，理想的系统会有积分的反向散射近零(integrated backscatter near zero)，对于所需的大气反向散射容差电平来说，在任何情况下都小于1。图10表示的平衡选择是透镜分离度为0.2，并且将解调器近区域零信号设定在4ft处。
在图4和5中示意性显示了详细电路。在图4中，发射器电路的优选实施例有通用的74F串行总线驱动器门电路80，它具有足够的电流驱动能力并且动作迅速。它用于驱动高β(beta)的Zetex FMMT491A、高电流NPN晶体管82，该晶体管通过西门子(Siemens)SFH495激光二极管发射器52来控制电流。
在图5中，接收的光是由西门子SFH302高速PIN光电二极管接收器68通过透镜60接收的，该光电二极管接收器68将光转换成电流。互阻抗(transimpedence)放大器46有10K欧姆的增益、27Mhz的带宽以及使用低噪声金属膜电阻器的4pA/Hz的等价输入噪声。低噪声性能对于获得对在监视区最远边界处的非常黑的机动车的检测的最大灵敏度是必需的。噪声性能不需要比由于周围光的存在而作为短噪声产生的噪声电流更好。
因此，本发明克服了现有技术的局限，提供了一种目标检测系统，它简单地使用了一种比较，该比较是对于通过混合多频率检测信号而产生的相差信号的极性与每个频率的相位延迟参考信号进行的，用以判断被检测目标是否位于监视区中。这样就不再需要测量目标的精确距离，也不再需要基于三角测量法的系统所要求的高精度几何尺寸和组件。大气反向散射对于可靠检测的影响也由于选择了光重迭、多频率以及相位延迟选择而最小化。尽管在此仅图示和描述了本发明的一个优选实施例，但本发明不限于此，在由附属权利要求所定义的本发明的范围内，可以考虑对其进行各种修改。

Claims (10)

1.一种光电检测系统，用于检测一监视区边界内的目标，该光电检测系统包含：一发射器和光电检测器对，其中所述发射器将光能量的脉冲光束发射到所述监视区中，并且所述光电检测器检测包含从所述监视区内的一目标反射的光束的光能量的光能量，并且产生光检测信号；以及一控制器，用于操作所述发射器和光电检测器对，并在其判定一目标在所述监视区中时产生一目标检测信号，其特征在于，
所述发射器将多频率光能量的脉冲光束发射到所述监视区中，和
所述控制器对每个频率产生一相位延迟参考信号，将所述光检测信号和该参考信号进行混合，以便对每个频率产生一相位差信号，该相位差信号的极性随着到目标的距离呈正弦性地变化，并且比较这些相位差信号的极性，以判定监视区中目标的存在。
2.按照权利要求1所述的光电检测系统，其特征还在于包括多个发射器和光电检测器对，每对都用于监视所述监视区的一独有部分。
3.按照权利要求2所述的光电检测系统，其特征还在于所述控制器工作时还调整每个所述参考信号的相位延迟，以改变所述监视区的有效边界。
4.按照权利要求3所述的光电检测系统，其特征还在于所述控制器包括用于对所述参考信号进行移相、以便等于从所述监视区边界处的目标反射的发射信号的预期相移的装置，从而使比较器能够判断接收到的光能量是从所述边界内部的一目标反射的还是从所述边界外部的一目标反射的。
5.按照权利要求1所述的光电检测系统，其特征还在于所述发射器和光电检测器安装在机动车的外后视镜上。
6.一种冲突避免装置，它安装在主机动车上，用以检测一监视区中的邻近机动车的存在，所述装置包括一传感器模块，该传感器模块包括至少一个用于监视所述监视区中的一独有部分的离散传感器系统，该离散传感器系统包括：一发射器，用于将具有预定猝发信号长度的光能量的固定频率调制光束发射到所述监视区的独有部分；以及一接收器，该接收器具有与所述发射光束基本对齐的一视线区，并且用于检测光能量以及产生接收信号，其特征在于，
一频率产生器用于产生两种或更多种预定的不同固定频率，用于由发射器用来在每一个所述频率发射光束，
一移相器用于产生与每个所述固定频率成不同的预定相位延迟关系的移相参考信号，
一混合器用于对每个频率从每个接收信号和移相参考信号产生解调信号，
一限幅放大器用于从所述解调信号产生高放大的交流耦合数字逻辑电平检测信号，及
一处理器用于接收和处理由每个离散传感器系统在每个固定频率所产生的所述逻辑电平检测信号，以便判定在所述监视区中机动车的存在。
7.按照权利要求6所述的冲突避免装置，其特征还在于所述装置包括六个离散传感器系统。
8.按照权利要求6所述的冲突避免装置，其特征还在于所述频率产生装置产生三种供每个发射器使用的固定频率。
9.按照权利要求8所述的冲突避免装置，其特征还在于所述频率大约为15MHz、2.5MHz和1.875MHz。
10.一种冲突避免装置，安装在主机动车上，用以检测一监视区中邻近机动车的存在，所述装置包括一传感器模块，该传感器模块包括至少一个用于监视所述监视区中的一独有部分的离散传感器系统，该离散传感器系统包括：一发射器，用于将具有预定猝发信号长度的光能量的固定频率调制光束发射到所述监视区的独有部分；以及一接收器，该接收器具有与所述发射光束基本对齐的一视线区，并且用于检测光能量以及产生接收信号，其特征在于，
一频率产生器用于产生至少一种固定频率，
一移相器用于产生具有与所述固定频率成预定的相位延迟关系的一移相参考信号，
一混合器用于从每个接收信号和每个移相参考信号产生解调信号，
其中，所述发射光束的辐射模式和所述接收器的视线区有一固定的光重返区，以及
选择固定频率和预定相位延迟，以使基本上产生零接收信号，该零接收信号的产生是由光重迭区中的均匀分布的大气反向散射的发射光束的反射造成的。
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