專利名稱：交通安全系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及交通安全系統(tǒng)，尤其是在車輛所攜帶的應(yīng)答機(jī)和道路側(cè)監(jiān)視和/或控制站之間提供通信的系統(tǒng)。
由于多種原因，近些年在車輛管理系統(tǒng)中已投入大量的研究和開(kāi)發(fā)。例如，開(kāi)發(fā)這些系統(tǒng)用于通行費(fèi)征收目的以及用于監(jiān)視交通流量。這種控制和監(jiān)視能被用于制定道路發(fā)展計(jì)劃以降低擁塞和減少污染。
除了這些監(jiān)視功能之外，還建議車輛控制系統(tǒng)，在所述系統(tǒng)中向所述車輛提供一些控制信息，例如用于強(qiáng)加可變速限或征收道路通行費(fèi)的控制信號(hào)，或建議車輛對(duì)車輛通信系統(tǒng)，例如用于為車輛制動(dòng)提供更快速的響應(yīng)。
這些系統(tǒng)都共享對(duì)車輛中的應(yīng)答機(jī)和道路側(cè)控制單元的供應(yīng)，所述道路側(cè)控制單元與所述應(yīng)答機(jī)進(jìn)行通信。已經(jīng)有多種傳輸系統(tǒng)被用于在應(yīng)答機(jī)和包括低功率無(wú)線電的車輛之間傳送數(shù)據(jù)，以及為日本車輛信息和通信系統(tǒng)(VICS)傳送調(diào)制光。
另外，已推薦了多種車輛安全裝置用于碰撞報(bào)警或避免的目的。這些系統(tǒng)通常需要用于精確測(cè)距和對(duì)象探測(cè)的裝置。這使得能提供更好的駕駛員信息以及有效且較早的危險(xiǎn)報(bào)警，并且這已經(jīng)得出多種方法。
最簡(jiǎn)單的碰撞避免解決方案依賴于測(cè)量從本車輛到前面最近車輛的距離，并且如果在給定的其當(dāng)前速度情況下駕駛員正開(kāi)得太近便向該駕駛員提供報(bào)警光或聲音。光學(xué)測(cè)距儀(ORF)或微波測(cè)距系統(tǒng)能被用于此目的，而且已建議在車輛前方情景上掃描測(cè)距儀視場(chǎng)來(lái)測(cè)量至其他車輛或障礙物的距離。
本申請(qǐng)已建議了一種應(yīng)用簡(jiǎn)單技術(shù)的低成本且可靠的圖像感測(cè)和分析裝置，該裝置能夠測(cè)量至在車輛周圍視場(chǎng)上的對(duì)象的距離，并能容易地相互區(qū)分假的和真的報(bào)警。該系統(tǒng)使用了一種多區(qū)域光檢測(cè)器。另外，利用最大長(zhǎng)度序列的互相關(guān)和利用過(guò)采樣技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)光信號(hào)傳播時(shí)間(time of flight)的測(cè)量，所述過(guò)采樣技術(shù)即使在與車輛控制系統(tǒng)有關(guān)的短距離時(shí)也允許要進(jìn)行的精確的光學(xué)傳播時(shí)間測(cè)量。
用于距離測(cè)量的互相關(guān)方法在WO01/55746中被詳細(xì)描述，且該技術(shù)在掃描視場(chǎng)的系統(tǒng)中的應(yīng)用在WO02/082016中被描述。距離測(cè)量技術(shù)在碰撞避免系統(tǒng)中的應(yīng)用在WO02/082201中被描述。
希望將來(lái)要求車輛擁有許多不同的附加電子安全系統(tǒng)，包括上述兩種類型的系統(tǒng)。被引入車輛的不同電子系統(tǒng)在數(shù)量上的增長(zhǎng)明顯導(dǎo)致成本增加。雖然所涉及的產(chǎn)量使大規(guī)模經(jīng)濟(jì)成為可能，但額外的復(fù)雜化和成本是顯著的，且在上述兩種類型的系統(tǒng)中所述發(fā)射機(jī)和接收機(jī)元件典型地是最昂貴的元件。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種車輛安全系統(tǒng)，包括碰撞避免系統(tǒng)，包括用于確定至相鄰車輛的距離的測(cè)距裝置，該碰撞避免系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)；以及用于與道路側(cè)終端進(jìn)行通信的通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)分別使用相同的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)向所述道路側(cè)終端發(fā)送數(shù)據(jù)和從該道路側(cè)終端接收數(shù)據(jù)，其中，所述碰撞避免系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)的序列發(fā)生器、和互相關(guān)器，所述互相關(guān)器用于從所述調(diào)制信號(hào)和延時(shí)反射調(diào)制信號(hào)的比較中得出所述延時(shí)反射調(diào)制信號(hào)的時(shí)間延遲，且其中所述通信系統(tǒng)包括用于提供調(diào)制光輸出的調(diào)制器，其中所述調(diào)制輸出與所述序列發(fā)生器序列具有低互相關(guān)性。
該系統(tǒng)使用與用于和道路基礎(chǔ)控制系統(tǒng)或其他車輛進(jìn)行通信相同的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)用于測(cè)距應(yīng)用。以這種方式使用通信系統(tǒng)能使與兩個(gè)系統(tǒng)相關(guān)的硬件成本降低。與測(cè)距信號(hào)具有低互相關(guān)性的通信信號(hào)的使用使這兩個(gè)系統(tǒng)能同時(shí)運(yùn)行。
所述序列發(fā)生器能提供最大長(zhǎng)度序列、或由多個(gè)比特?cái)U(kuò)展的最大長(zhǎng)度序列作為輸出。
所述通信系統(tǒng)和碰撞避免系統(tǒng)的共享接收機(jī)優(yōu)選地包括光接收機(jī)。
所述序列發(fā)生器可以包括最大長(zhǎng)度序列發(fā)生器。例如，該序列發(fā)生器能產(chǎn)生長(zhǎng)度為k.2r-1比特的重復(fù)序列，其中2r-1是最大長(zhǎng)度序列的長(zhǎng)度，k是超采樣系數(shù)。所述k.2r-1比特優(yōu)選地按某一比特率被發(fā)射，這樣它們具有1-10微秒的發(fā)射持續(xù)時(shí)間。這是一種適合于碰撞避免應(yīng)用的范圍。
提供所述低互相關(guān)性的一個(gè)方法是在具有某一頻率的載波信號(hào)上調(diào)制通信信號(hào)，該頻率對(duì)應(yīng)于用于對(duì)所接收的反射光信號(hào)進(jìn)行采樣的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘速率。
可替代的方法是提供通信信號(hào)的對(duì)應(yīng)于所述k.2r-1比特的發(fā)射持續(xù)時(shí)間的比特周期。該通信信號(hào)的每一個(gè)比特都能包括該比特周期中的兩個(gè)可能的模式0和1中的一個(gè)。
所述碰撞避免系統(tǒng)還可以包括用于照射具有光發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)的感興趣的視場(chǎng)的裝置；以及接收光學(xué)系統(tǒng)，用于接收從要分析的視場(chǎng)所反射的光，其中，光接收機(jī)包括多區(qū)域光檢測(cè)器，用于檢測(cè)從所述接收光學(xué)系統(tǒng)所接收的光，其中所述光檢測(cè)器的不同區(qū)域能單獨(dú)地被激勵(lì)。
所述光檢測(cè)器區(qū)域的這種單獨(dú)激勵(lì)使所述測(cè)距測(cè)量能在該檢測(cè)器的視場(chǎng)中的許多點(diǎn)上進(jìn)行。然而，所述光接收機(jī)還能被用在全集成模式(full integrating mode)下用于檢測(cè)通信信號(hào)。
所述碰撞避免系統(tǒng)還可以包括控制電子裝置，使所述發(fā)射機(jī)的發(fā)射的定時(shí)和方向與所述接收機(jī)的激勵(lì)同步；以及處理裝置，用于測(cè)量從所述發(fā)射機(jī)到接收機(jī)的信號(hào)的傳播時(shí)間并從該傳播時(shí)間得出距離。
所述碰撞避免系統(tǒng)還可以包括最大長(zhǎng)度序列發(fā)生器，用于產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)；和互相關(guān)器，用于從所述調(diào)制信號(hào)和延時(shí)反射調(diào)制信號(hào)的比較中得出所述延時(shí)反射調(diào)制信號(hào)的時(shí)間延遲。雖然采用比較低的采樣率，但這種互相關(guān)技術(shù)提供對(duì)延遲、并且因此對(duì)距離的精確測(cè)量。所述互相關(guān)器能被布置執(zhí)行以下步驟以粗分辨率確定使所述延時(shí)調(diào)制信號(hào)和所述調(diào)制信號(hào)之間的相關(guān)性最大化所需的調(diào)制信號(hào)時(shí)間延遲；根據(jù)在所確定的時(shí)間延遲周圍的時(shí)間延遲范圍內(nèi)所述延時(shí)調(diào)制信號(hào)相對(duì)于所述調(diào)制信號(hào)的時(shí)間延遲以比所述粗分辨率較精細(xì)的分辨率確定所述延時(shí)調(diào)制信號(hào)和所述調(diào)制信號(hào)之間的相關(guān)性；以及輸出從使所述延時(shí)調(diào)制信號(hào)和所述調(diào)制信號(hào)之間的相關(guān)性最大化所需的調(diào)制信號(hào)時(shí)間延遲所計(jì)算出的距離的測(cè)量。
所述通信系統(tǒng)優(yōu)選地包括用于提供調(diào)制輸出的調(diào)制器，其中，所述調(diào)制輸出與所述碰撞避免系統(tǒng)的最大長(zhǎng)度序列具有低互相關(guān)性。
現(xiàn)在將參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)例作詳細(xì)描述，其中

圖1示出了在本發(fā)明的系統(tǒng)中所使用的一種已知的碰撞避免系統(tǒng)；圖2詳細(xì)示出了利用用于距離測(cè)量的MLS序列互相關(guān)的碰撞避免系統(tǒng)；圖3示出了與道路側(cè)應(yīng)答機(jī)進(jìn)行通信的車輛；圖4示出了本發(fā)明的一種系統(tǒng)；圖5示出了一種用在本發(fā)明系統(tǒng)中的光電二極管陣列；圖6示出了用于結(jié)合測(cè)距和通信信號(hào)的示例性幀結(jié)構(gòu)；以及圖7示出了在本發(fā)明系統(tǒng)中所使用的移相調(diào)制方案。
本發(fā)明提供了一種安全系統(tǒng)，該系統(tǒng)使利用光測(cè)距裝置的碰撞避免系統(tǒng)和用于與道路側(cè)終端進(jìn)行通信的通信系統(tǒng)相結(jié)合。該通信系統(tǒng)使用所述碰撞避免系統(tǒng)的光發(fā)射機(jī)和光接收機(jī)。
在本發(fā)明的組合系統(tǒng)中所使用的碰撞避免系統(tǒng)可以是如在WO02/082201中所描述的，該文獻(xiàn)在這里被參考引用。首先將提出對(duì)與本發(fā)明特別有關(guān)的所述系統(tǒng)的特點(diǎn)的簡(jiǎn)明討論。
碰撞避免系統(tǒng)的最簡(jiǎn)單的形式如圖1所示。
從激光器1輸出的順序脈沖式激光束被布置用來(lái)照射視場(chǎng)10。
固定的接收光學(xué)系統(tǒng)16被布置用來(lái)采集來(lái)自遠(yuǎn)處對(duì)象的所有光并將其聚焦在光電二極管陣列18上。該光電二極管陣列18與前置放大器、脈沖鑒別器24和定時(shí)(TOF-“傳播時(shí)間”) 電子裝置26相連。
控制電子裝置22控制激光脈沖發(fā)生的定時(shí)。每個(gè)激光脈沖從視場(chǎng)10中的對(duì)象被反射回來(lái)，并由接收光學(xué)系統(tǒng)16采集并被聚焦在所述光電二極管陣列18上以便在陣列的一部分中產(chǎn)生電脈沖，在所述陣列的一部分中由激光點(diǎn)所照射的對(duì)象的部分被聚焦。
所述控制電子裝置將邏輯電平信號(hào)施加給X-Y編址陣列的相關(guān)X和Y控制線，使得每個(gè)光電二極管都順序地與前置放大器和傳播時(shí)間檢測(cè)電子裝置26相連。來(lái)自視場(chǎng)中的遠(yuǎn)處對(duì)象的區(qū)域的反射激光脈沖被聚焦在光電二極管上并被該光電二極管捕獲，且得出的電信號(hào)被發(fā)送至電脈沖檢測(cè)器和傳播時(shí)間(TOF)測(cè)量電路26。這個(gè)電路計(jì)算通向和來(lái)自視場(chǎng)內(nèi)的遠(yuǎn)處對(duì)象的區(qū)域的、被聚焦在所述X-Y編址陣列的光電二極管上的激光發(fā)射的TOF，并且因此計(jì)算從遠(yuǎn)處對(duì)象的該特定區(qū)域到所述X-Y編址陣列的距離。
這種過(guò)程對(duì)于在視場(chǎng)中的多個(gè)區(qū)域重復(fù)以測(cè)量視場(chǎng)中對(duì)象的范圍。如果希望改變由系統(tǒng)所檢驗(yàn)的區(qū)域的大小，則所述控制電子裝置能在優(yōu)化采集和檢測(cè)激光能量的同時(shí)使檢測(cè)器對(duì)一組相鄰的光電二極管(例如光電二極管的2×2子矩陣)進(jìn)行編址。
由于控制電子裝置22控制著激光脈沖定時(shí)和光電二極管X-Y編址，因此能建立包含光電二極管位置(X，Y)和至在該光電二極管上成像的遠(yuǎn)處對(duì)象的范圍R(X，Y)的數(shù)字矩陣，其代表遠(yuǎn)處對(duì)象的3D表面輪廓。
在該系統(tǒng)中，光檢測(cè)器的所選擇的區(qū)域能獨(dú)立地被激勵(lì)，且該激勵(lì)與光源的定時(shí)同步。
所測(cè)量的至所述裝置的視場(chǎng)內(nèi)的遠(yuǎn)處對(duì)象的距離能用多種不同方式進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)適合于碰撞避免系統(tǒng)的功能。例如，碰撞避免系統(tǒng)可以使用距離與門限的、利用比較器21所進(jìn)行的比較，以及用速度傳感器來(lái)控制該門限。
所述系統(tǒng)可以通過(guò)使用同步于光電二極管陣列掃描的激光掃描系統(tǒng)44進(jìn)行擴(kuò)展以提高系統(tǒng)信噪比。激光掃描可以用多種方式實(shí)現(xiàn)，所述方式包括應(yīng)用電磁或壓電掃描鏡或通過(guò)在微機(jī)械硅或緊湊型壓電結(jié)構(gòu)上安裝激光芯片。
在碰撞避免系統(tǒng)的最簡(jiǎn)單的實(shí)施方式中，激光輸出簡(jiǎn)單地是脈沖式開(kāi)和關(guān)。但是，通過(guò)提供調(diào)制激光輸出并用互相關(guān)器代替脈沖檢測(cè)器24，該系統(tǒng)的性能可大為改善。在這種情況下，所述系統(tǒng)包括信號(hào)源(諸如用于提供調(diào)制信號(hào)的激光器)以及與該信號(hào)源相連的發(fā)射系統(tǒng)，所述發(fā)射系統(tǒng)用于發(fā)射由調(diào)制信號(hào)調(diào)制的所發(fā)射的光信號(hào)。
例如，所述調(diào)制信號(hào)可以是最大長(zhǎng)度序列。這是典型地利用數(shù)字移位寄存器所產(chǎn)生的一族偽隨機(jī)噪聲二進(jìn)制信號(hào)(PRBS)，其中所述寄存器的輸入從適當(dāng)?shù)姆答伋轭^產(chǎn)生。所述最大長(zhǎng)度序列是具有最長(zhǎng)周期的偽隨機(jī)噪聲序列，其能通過(guò)r部分的移位寄存器產(chǎn)生。所述序列具有N＝2r-1移位寄存器時(shí)鐘周期的長(zhǎng)度，且由于自相關(guān)函數(shù)只有兩個(gè)值而具有良好的自相關(guān)特性；在相關(guān)點(diǎn)上或者為-1/N或者為峰值1.0。
當(dāng)使用MLS序列時(shí)，接收系統(tǒng)被布置用于接收所發(fā)射的信號(hào)的反射和延時(shí)形式，以及互相關(guān)器被用來(lái)獲得時(shí)間延遲。所述互相關(guān)器能被布置用于以粗分辨率確定使延時(shí)調(diào)制信號(hào)和調(diào)制信號(hào)之間的相關(guān)性最大化所需的調(diào)制信號(hào)時(shí)間延遲。然后，根據(jù)在所確定的時(shí)間延遲周圍的較小的時(shí)間延遲范圍內(nèi)調(diào)制信號(hào)相對(duì)于所接收的信號(hào)的時(shí)間延遲，所述互相關(guān)器能夠以比所述粗分辨率較精細(xì)的分辨率確定調(diào)制信號(hào)和所接收的信號(hào)之間的相關(guān)性。從使延時(shí)調(diào)制信號(hào)和所接收的信號(hào)之間的相關(guān)性最大化所需的調(diào)制信號(hào)時(shí)間延遲中計(jì)算距離的測(cè)量。
對(duì)這種互相關(guān)技術(shù)在WO01/55746中進(jìn)行了詳細(xì)描述，該文獻(xiàn)在這里被參考引用。
實(shí)際上，互相關(guān)器能以數(shù)字形式實(shí)現(xiàn)，且該互相關(guān)器的采樣頻率被設(shè)置為最大長(zhǎng)度序列發(fā)生器時(shí)鐘頻率的倍數(shù)。這種過(guò)采樣方法能夠提高所述系統(tǒng)的距離分辨率；且采用粗和精互相關(guān)器的有效的信號(hào)處理方法能使所述處理功率最小。
諸如MLS的調(diào)制信號(hào)和過(guò)采樣方法的使用能被用于提高對(duì)由附近(如相鄰車道中)車輛所操作的其他類似系統(tǒng)的干擾的系統(tǒng)抗干擾性。這是由于在基于最大長(zhǎng)度序列(MLS)的TOF系統(tǒng)中利用特定的過(guò)采樣系數(shù)所檢測(cè)到的相關(guān)峰值對(duì)用不同過(guò)采樣系數(shù)所產(chǎn)生的其他MLS信號(hào)不靈敏。例如，在過(guò)采樣系數(shù)5和過(guò)采樣系數(shù)6的MLS之間有很小的相關(guān)性，即使這些MLS信號(hào)具有相同的數(shù)量級(jí)。
在圖2中示出了這種優(yōu)選的MLS技術(shù)。所述調(diào)制輸出由激光器1產(chǎn)生并經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)3輸出以提供用于照射遠(yuǎn)處對(duì)象8的輸出40。穿過(guò)所述光學(xué)系統(tǒng)的所接收的反射信號(hào)由光敏檢測(cè)器4檢測(cè)。所述信號(hào)被提供給以主時(shí)鐘頻率Fmck計(jì)時(shí)的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器42。
MLS發(fā)生器34產(chǎn)生MLS信號(hào)。MLS發(fā)生器時(shí)鐘信號(hào)Fmls由分配器38從主時(shí)鐘發(fā)生器36的系統(tǒng)主時(shí)鐘Fmck得出，使得MLS時(shí)鐘頻率是主時(shí)鐘信號(hào)的已知的因數(shù)M。實(shí)際上，MLS在時(shí)間上被系數(shù)M拉伸?！氨焕斓摹盡LS信號(hào)使所述激光器發(fā)出被拉伸的MLS光信號(hào)，從視場(chǎng)中的對(duì)象返回的信號(hào)被數(shù)字化并被傳送給粗和精互相關(guān)計(jì)算單元。
粗互相關(guān)單元44以MLS時(shí)鐘頻率計(jì)時(shí)(clocked)，并因此使數(shù)字化的反射MLS信號(hào)的經(jīng)子采樣的形式與最初所拉伸的MLS發(fā)射信號(hào)40相關(guān)。來(lái)自這個(gè)互相關(guān)單元的輸出是一個(gè)峰值，該峰值由峰值檢波器48檢測(cè)并指示反射信號(hào)的粗時(shí)間延遲。
然后，控制電子裝置50使精互相關(guān)器46只在所計(jì)算的粗時(shí)間延遲范圍內(nèi)計(jì)算所發(fā)射的和所反射的信號(hào)的互相關(guān)性。典型地，在粗時(shí)間延遲之前和之后為2M采樣計(jì)算精互相關(guān)函數(shù)。所述精互相關(guān)器46的輸出是在峰值區(qū)域內(nèi)的所發(fā)射的和所反射的信號(hào)的互相關(guān)函數(shù)，且根據(jù)控制輸入32來(lái)提供。
諸如MLS的PRBS信號(hào)的相關(guān)峰值的形狀是三角形脈沖?；ハ嚓P(guān)操作可以被看作是類似于使所述MLS與自身的延時(shí)形式卷積并且隨后以等于互相關(guān)器時(shí)鐘頻率的頻率對(duì)該結(jié)果進(jìn)行采樣。因此，由互相關(guān)單元所輸出的相關(guān)峰值的形狀由寬度為T的兩個(gè)相同脈沖的卷積函數(shù)給出，所述脈沖是由所述互相關(guān)器時(shí)鐘頻率采樣的三角形脈沖。
圖像分析裝置也提供在視場(chǎng)內(nèi)比安全距離門限更近的那些點(diǎn)的方位角和仰角，且該信息能被用于提示司機(jī)哪里可能發(fā)生潛在碰撞。例如可以照射陣列或發(fā)光二極管之一。
所述碰撞避免系統(tǒng)采用光電二極管陣列作為光接收器。
上述碰撞避免系統(tǒng)包括激光器形式的光輸出裝置、用于調(diào)制所述激光器的輸出以使數(shù)據(jù)序列(MLS序列)能由光輸出編碼的調(diào)制器、以及用于接收和解碼來(lái)自寬視場(chǎng)的調(diào)制光信號(hào)的光接收機(jī)。這些部件能夠檢測(cè)高頻調(diào)制并能產(chǎn)生高頻數(shù)字調(diào)制光輸出。
本發(fā)明提供一種車輛安全系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用碰撞避免系統(tǒng)的這些硬件部件來(lái)實(shí)現(xiàn)構(gòu)成交通管理或監(jiān)視系統(tǒng)的部分的通信接口。因此，通過(guò)利用組合式低成本碰撞報(bào)警和通信傳感器的優(yōu)勢(shì)，碰撞避免系統(tǒng)的所述硬件能被用來(lái)使未來(lái)計(jì)劃的智能運(yùn)輸系統(tǒng)以最小成本實(shí)現(xiàn)。
如圖3示意性所示，對(duì)交通管理或監(jiān)視系統(tǒng)的共同要求是在車輛62和道路側(cè)應(yīng)答機(jī)64之間建立無(wú)線通信鏈路60。
圖4示出了本發(fā)明的系統(tǒng)。單個(gè)光電二極管陣列70執(zhí)行用于返回的MLS測(cè)距信號(hào)和用于與所述道路側(cè)應(yīng)答機(jī)64的數(shù)據(jù)通信的光接收器的功能。類似地，調(diào)制器72和光發(fā)射器74執(zhí)行為所述道路側(cè)應(yīng)答機(jī)64發(fā)送MLS測(cè)距信號(hào)和數(shù)據(jù)通信信號(hào)的功能。
在圖5中示出了能夠進(jìn)行測(cè)距和同時(shí)接收通信的所述光電二極管陣列的一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)施例。這里光檢測(cè)器包括四個(gè)光電二極管(PD11～PD22)，所述光電二極管與放大器(A11～A22)相連。每個(gè)放大器的輸出端經(jīng)由開(kāi)關(guān)晶體管(TR11～TR22)被連接至測(cè)距處理器，并經(jīng)由混和電阻器(R11～R22)被連接至通信電路。
對(duì)于不同的功能，所述光電二極管陣列70能以不同模式運(yùn)行。
對(duì)于測(cè)距，所述開(kāi)關(guān)晶體管被用于順序地將每個(gè)光電二極管與測(cè)距處理器耦合以測(cè)量傳播時(shí)間和至每個(gè)光電二極管視場(chǎng)內(nèi)的對(duì)象的范圍。
對(duì)于通信，電阻器與每個(gè)光電二極管的輸出端混和在一起使通信信號(hào)的檢測(cè)易于發(fā)生在所述陣列中的任何光電二極管上。雖然允許對(duì)單獨(dú)的光電二極管編址用于測(cè)距，但這允許整個(gè)陣列無(wú)論任何時(shí)候?qū)νㄐ判盘?hào)均是靈敏的。
圖4示出了用于測(cè)距操作(處理器84)和用于通信操作(處理器86)的分開(kāi)的處理器84、86。這些也可用一個(gè)單個(gè)處理器實(shí)現(xiàn)。
有多種不同的方式使所述系統(tǒng)以通信和測(cè)距操作之間的最小干擾來(lái)執(zhí)行這兩項(xiàng)功能。
在一種可能的方法中，在測(cè)距和通信之間順序地變換來(lái)自所述車輛的發(fā)射的運(yùn)行時(shí)間，如圖6所示。
如所示，車輛通信被劃分成多個(gè)幀，且每一幀均有發(fā)送測(cè)距信號(hào)的部分和調(diào)制通信信號(hào)的部分。同樣，道路側(cè)應(yīng)答機(jī)只在該幀的特定周期期間向所述車輛發(fā)送信號(hào)。
在通信或測(cè)距中由車輛所花費(fèi)的時(shí)間比能夠根據(jù)要發(fā)射的信息的電平和測(cè)距儀的所要求的最大檢測(cè)范圍進(jìn)行設(shè)定。
這種方法的優(yōu)點(diǎn)是來(lái)自所述車輛的調(diào)制光輸出在形式上可以為二進(jìn)制的(即照明是開(kāi)或關(guān))，這種形式簡(jiǎn)化了用于光發(fā)射器的高頻驅(qū)動(dòng)電路。
可以看出，在所述車輛的測(cè)距操作周期期間，車輛檢測(cè)器正在采集所反射的測(cè)距儀調(diào)制和應(yīng)答機(jī)通信信號(hào)。這對(duì)避免這兩種信號(hào)之間的干擾非常重要，且這能用許多方式實(shí)現(xiàn)。一種簡(jiǎn)單的方法是將載波信號(hào)用于所述通信調(diào)制，該通信調(diào)制與所述測(cè)距系統(tǒng)的ADC采樣率相同。其優(yōu)點(diǎn)是載波通信載波頻率將僅產(chǎn)生DC偏移(即根據(jù)Nyquist采樣理論，混頻偏差(alias frequency)為零)，所述DC偏移可以輕易地通過(guò)被用于在所述測(cè)距檢測(cè)器電路中在模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)之前用于抑制周圍照射的低通濾波器濾除。另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)在通信處理電路的輸入端處利用中心在所述載波頻率上的帶通濾波器，通信處理器能夠通過(guò)載波信號(hào)的存在來(lái)檢測(cè)應(yīng)答機(jī)的存在。
雖然當(dāng)調(diào)制產(chǎn)生不再具有零混頻偏差并因此可能影響測(cè)距操作的邊帶時(shí)仍需要關(guān)心所述調(diào)制方案，但可利用任何多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)制/數(shù)據(jù)編碼方案和協(xié)議來(lái)對(duì)通信載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。
一種方法是利用所述測(cè)距調(diào)制的特性使與其他系統(tǒng)的串音(cross talk)最小化。例如，用于測(cè)距所發(fā)射的最大長(zhǎng)度序列在NmlsADC時(shí)鐘周期之后重復(fù)，其中Nmls＝k.2r-1以及k＝過(guò)采樣系數(shù)r＝最大長(zhǎng)度序列移位寄存器級(jí)數(shù)。
對(duì)于汽車應(yīng)用，被過(guò)采樣的最大長(zhǎng)度序列的長(zhǎng)度典型地被設(shè)為大約2μs以避免在高達(dá)300m的操作范圍之上范圍不明確性的風(fēng)險(xiǎn)。
如果布置有用于通信的調(diào)制序列以便在每個(gè)被過(guò)采樣的MLS周期(即在給定每秒500K比特的數(shù)據(jù)速率(bps)情況下，每個(gè)比特以2μs被發(fā)射)期間都包括一個(gè)邏輯1和一個(gè)邏輯0，那么在所述接收機(jī)中被用于提取測(cè)距用的MLS的互相關(guān)操作將大大抑制所述通信調(diào)制。
這可以通過(guò)考慮每MLS周期使用一個(gè)邏輯1和一個(gè)邏輯0的移相調(diào)制方案的情況看出，如圖7所示。
由于具有最大長(zhǎng)度序列的互相關(guān)操作相當(dāng)于使被+1/(2r-1)乘的((2r)/2)-1采樣與被-1/(2r-1)乘的((2r)/2)采樣相加，因此可以看出在圖7中所示的來(lái)自邏輯1或邏輯0的互相關(guān)輸出將為1/(2r-1)，即所述互相關(guān)輸出在幅度上減少了(2r-1)?？梢允褂米銐蜷L(zhǎng)的MLS移位寄存器來(lái)使通信信號(hào)的互相關(guān)輸出可以忽略。
通過(guò)利用在每個(gè)MLS周期中在適當(dāng)點(diǎn)處所添加的額外脈沖(或多個(gè)脈沖)形式的對(duì)最大長(zhǎng)度序列的輕微修改、即“MLS+1”信號(hào)，能進(jìn)一步改善對(duì)所述通信信號(hào)的抑制。在這種情況下，所述MLS+1信號(hào)的長(zhǎng)度是偶數(shù)采樣，且對(duì)于適當(dāng)選擇的調(diào)制方案而言互相關(guān)產(chǎn)生零輸出。
可以看出，利用上述調(diào)制系統(tǒng)，能夠在車輛和道路側(cè)應(yīng)答機(jī)之間以～500Kbps的比特率建立通信鏈路，同時(shí)提供用于碰撞報(bào)警和避免目的的范圍數(shù)據(jù)。
如果應(yīng)答機(jī)光學(xué)系統(tǒng)和道路布局被配置使得來(lái)自所述應(yīng)答機(jī)的發(fā)射在某一時(shí)間只能被一輛車看到，則是有利的但非必要的。這是由于如果所述應(yīng)答機(jī)的發(fā)射在某一時(shí)間只能被一輛車看到，而這增加了數(shù)據(jù)傳輸可利用的時(shí)間量，那么可以使用較簡(jiǎn)單的通信協(xié)議。
對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)顯然的是，從本發(fā)明主要構(gòu)思得益的其他方法是可能的；在車輛上利用相同的發(fā)射器/檢測(cè)器用于碰撞報(bào)警/避免和通信。
如上所述，所述碰撞報(bào)警系統(tǒng)能識(shí)別哪個(gè)或哪些像素從前方車輛接收反射的照射。由于所述相同的一個(gè)或多個(gè)像素是能夠被監(jiān)視以接收前方車輛所發(fā)射的用于通信目的的調(diào)制光信號(hào)的那些像素，因此也可利用該信息以有利于車輛對(duì)車輛通信。因此，對(duì)于來(lái)自前方車輛的通信，所述系統(tǒng)能選擇監(jiān)視哪個(gè)像素，而非同時(shí)監(jiān)視所有像素。
優(yōu)選地布置光發(fā)射器在接近紅外波長(zhǎng)處工作，以使穿透率和范圍最大化，即使在有雨、雪或霧的情況下。雖然已經(jīng)描述了激光器的使用，但所使用的光源還可用激光器、大功率發(fā)光二極管(LED)或LED陣列來(lái)實(shí)現(xiàn)。
以上詳細(xì)描述的系統(tǒng)在測(cè)距應(yīng)用中使用粗和精互相關(guān)性。當(dāng)然這不是必要的，測(cè)距的其他實(shí)施同樣是可能的。所述系統(tǒng)能利用上述光通信頻率實(shí)現(xiàn)，但也能利用諸如微波頻率的其他頻率實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種車輛安全系統(tǒng)，包括碰撞避免系統(tǒng)，包括用于確定至相鄰車輛的距離的測(cè)距裝置，該碰撞避免系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)；以及用于與道路側(cè)終端進(jìn)行通信的通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)分別使用相同的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)向所述道路側(cè)終端發(fā)送數(shù)據(jù)和從所述道路側(cè)終端接收數(shù)據(jù)，其中，所述碰撞避免系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)的序列發(fā)生器、和互相關(guān)器，所述互相關(guān)器用于從所述調(diào)制信號(hào)和延時(shí)反射調(diào)制信號(hào)的比較中得出所述延時(shí)反射調(diào)制信號(hào)的時(shí)間延遲，且其中所述通信系統(tǒng)包括用于提供調(diào)制光輸出的調(diào)制器，其中所述調(diào)制輸出與所述序列發(fā)生器序列具有低互相關(guān)性。
2.如權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中，所述序列發(fā)生器包括最大長(zhǎng)度序列發(fā)生器。
3.如權(quán)利要求2的系統(tǒng)，其中，所述序列發(fā)生器產(chǎn)生長(zhǎng)度為k.2r-1比特的重復(fù)序列，其中2r-1是最大長(zhǎng)度序列的長(zhǎng)度，k是過(guò)采樣系數(shù)。
4.如權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中，所述k.2r-1比特按某一比特率被發(fā)射，使得所述比特具有1-10微秒的發(fā)射持續(xù)時(shí)間。
5.如權(quán)利要求3或4的系統(tǒng)，其中，為所接收的數(shù)據(jù)提供模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，并且其中通信信號(hào)在具有對(duì)應(yīng)于該模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的時(shí)鐘速率的頻率的載波信號(hào)上被調(diào)制。
6.如權(quán)利要求3或4的系統(tǒng)，其中，所述通信信號(hào)的比特周期對(duì)應(yīng)于所述k.2r-1比特的發(fā)射持續(xù)時(shí)間。
7.如權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中，所述通信信號(hào)的每一個(gè)比特都包括該比特周期中的兩個(gè)可能的模式0和1中的一個(gè)。
8.如上述權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其中，所述序列發(fā)生器提供由多個(gè)比特?cái)U(kuò)展的最大長(zhǎng)度序列作為輸出。
9.如權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中，所述序列發(fā)生器提供由一個(gè)比特?cái)U(kuò)展的最大長(zhǎng)度序列作為輸出。
10.如上述任何權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其中，所述通信系統(tǒng)和所述碰撞避免系統(tǒng)的共享接收機(jī)包括光接收機(jī)。
11.如權(quán)利要求10的系統(tǒng)，其中，所述光接收機(jī)包括多區(qū)域光檢測(cè)器用于檢測(cè)從接收光學(xué)系統(tǒng)所接收的光，其中所述光檢測(cè)器的不同區(qū)域能單獨(dú)地被激勵(lì)。
12.如權(quán)利要求11的系統(tǒng)，其中，所述光接收機(jī)包括多區(qū)域光檢測(cè)器，其中所述通信系統(tǒng)同時(shí)監(jiān)視所述光檢測(cè)器的所有區(qū)域。
13.如權(quán)利要求12的系統(tǒng)，其中，所述光接收機(jī)包括一維或二維光電二極管陣列。
14.如權(quán)利要求13的系統(tǒng)，其中，所述光電二極管陣列可運(yùn)行在第一模式和第二模式，在所述第一模式中，響應(yīng)于光輸入，電荷被存儲(chǔ)在所述陣列的所有光電二極管上并被讀出以捕獲圖像數(shù)據(jù)，在所述第二模式中，來(lái)自所選擇的單獨(dú)的光電二極管或光電二極管子組的信號(hào)按順序被發(fā)送給處理裝置。
15.如權(quán)利要求12、13或14的系統(tǒng)，其中，所述碰撞避免系統(tǒng)還包括控制電子裝置，用于使所述光源的照射的定時(shí)和控制與所述光檢測(cè)器的激勵(lì)同步；以及處理裝置，用于針對(duì)所有照射方向測(cè)量光信號(hào)從所述光源至檢測(cè)器的被激勵(lì)部分的傳播時(shí)間并從該傳播時(shí)間得出距離。
16.如權(quán)利要求15的系統(tǒng)，其中，互相關(guān)器被布置來(lái)執(zhí)行以下步驟以粗分辨率確定使延時(shí)調(diào)制信號(hào)和所述調(diào)制信號(hào)之間的相關(guān)性最大化所需的調(diào)制信號(hào)時(shí)間延遲，根據(jù)在所確定的時(shí)間延遲周圍的時(shí)間延遲范圍內(nèi)所述延時(shí)調(diào)制信號(hào)相對(duì)于所述調(diào)制信號(hào)的時(shí)間延遲以比所述粗分辨率較精細(xì)的分辨率確定所述延時(shí)調(diào)制信號(hào)和所述調(diào)制信號(hào)之間的相關(guān)性，以及輸出從使所述延時(shí)調(diào)制信號(hào)和所述調(diào)制信號(hào)之間的相關(guān)性最大化所需的調(diào)制信號(hào)時(shí)間延遲中所計(jì)算的距離的測(cè)量。
17.如權(quán)利要求15或16的系統(tǒng)，其中，所述互相關(guān)器包括粗互相關(guān)器，用于粗略確定使所述延時(shí)調(diào)制信號(hào)和所述調(diào)制信號(hào)之間的相關(guān)性最大化所需的調(diào)制信號(hào)時(shí)間延遲，以及精互相關(guān)器，用于根據(jù)在由所述粗互相關(guān)器所確定的時(shí)移周圍的時(shí)間延遲范圍內(nèi)所述調(diào)制信號(hào)相對(duì)于所接收的信號(hào)的時(shí)間延遲來(lái)計(jì)算所述延時(shí)調(diào)制信號(hào)和所述調(diào)制信號(hào)之間的相關(guān)性。
18.如權(quán)利要求17的系統(tǒng)，其中，對(duì)粗互相關(guān)器和精互相關(guān)器的工作頻率之比進(jìn)行調(diào)整以使相鄰系統(tǒng)之間的干擾最小化。
19.如權(quán)利要求17或18的系統(tǒng)，其中，所述粗互相關(guān)器以第一頻率計(jì)時(shí)并且所述精互相關(guān)器以較高的第二頻率計(jì)時(shí)。
20.如上述權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其中，所述碰撞避免系統(tǒng)還包括用于照射具有所述光發(fā)射機(jī)輸出信號(hào)的感興趣的視場(chǎng)的裝置；以及用于接收從要分析的視場(chǎng)反射的光的接收光學(xué)系統(tǒng)。
21.如上述權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其中，所述碰撞避免系統(tǒng)還用于與相鄰車輛進(jìn)行通信。
22.一種車輛安全系統(tǒng)，包括碰撞避免系統(tǒng)，包括用于確定至相鄰車輛的距離的測(cè)距裝置，該碰撞避免系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)和接收機(jī)；以及用于與道路側(cè)終端進(jìn)行通信的通信系統(tǒng)，該通信系統(tǒng)分別使用相同的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)向所述道路側(cè)終端發(fā)送數(shù)據(jù)和從該道路側(cè)終端接收數(shù)據(jù)，其中，所述碰撞避免系統(tǒng)包括用于產(chǎn)生調(diào)制信號(hào)的序列發(fā)生器、和互相關(guān)器，所述互相關(guān)器用于從所述調(diào)制信號(hào)和延時(shí)反射調(diào)制信號(hào)的比較中得出所述延時(shí)反射調(diào)制信號(hào)的時(shí)間延遲，且其中所述發(fā)射機(jī)包括激光器裝置，并且所述接收機(jī)包括光檢測(cè)器。
全文摘要
一種車輛安全系統(tǒng)包括碰撞避免系統(tǒng)，該碰撞避免系統(tǒng)包括用于確定至相鄰車輛的距離的測(cè)距裝置，該碰撞避免系統(tǒng)包括發(fā)射機(jī)(74)和接收機(jī)(70)。通信系統(tǒng)被用于與道路側(cè)終端進(jìn)行通信。該通信系統(tǒng)分別使用相同的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)向所述道路側(cè)終端發(fā)送數(shù)據(jù)和從該道路側(cè)終端接收數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01S17/93GK1981209SQ200580021171
公開(kāi)日2007年6月13日 申請(qǐng)日期2005年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月25日
發(fā)明者C·J·莫爾科姆 申請(qǐng)人:英斯特羅精密有限公司