文 献 综 述
摘要：随着汽车制造业的发展，道路、停车场变得拥挤，倒车总次数不断增加，为了有效避免汽车碰撞擦伤，倒车防撞警报系统应运而生。为了提高距离测量的精度和灵敏度，通过比较几种常见的倒车系统测距方法，最终选择激光直射三角法进行深入研究。
关键字：倒车防撞警报；激光测距；直射三角法；PSD
从1886年世界上第一辆汽车诞生至今，随着科学技术的不断进步，汽车制造业迅猛发展，汽车的价格也越来越便宜，这使得越来越多的人拥有汽车。随着汽车保有量的增加和城市布局的日益密集化，汽车的活动空间越来越小，特别是汽车倒车时司机由于视野不能很好的达到后面加上车后的盲区，使得倒车事故逐年上升[1]。因此，根据目前汽车防撞系统研发的现实意义和长远的汽车应用前景上考虑，越来越多的汽车生产厂家和科研院所以及一些大学投入大量的人力和物力来研究汽车倒车防撞系统[2]。
目前汽车倒车系统的测距主要有以下几种方法[3]：
- 毫米波雷达测距法[4]：毫米波（Millimeter Wave）的工作频率介于微波和光之间，波长为1~10毫米，因此兼有两者的优点。汽车毫米波雷达防撞系统常采用结构简单、成本较低、适合做近距离探测的调频连续波雷达体制，多目标分辨力好，探测精度高，受天气影响小，但它存在电磁干扰问题，必须防止因雷达装置相互之间以及其他通信设施的电磁波干扰而发生误动作，当需要大作用距离时所需的发射功率及天线增益都比微波系统高。
- 红外线测距法[5]：红外发射其不断发射出射频率为40kHz的红外线，经障碍物反射，红外线接收器接收到反射波信号，并将其转变为电信号。用调制的红外光进行精密测距的仪器，测程一般为1-5公里。因为红外线在穿越其它物质时折射率很小，所以长距离的测距仪都会考虑红外线。红外测距的优点是便宜，易制，安全，缺点是精度低，距离近，方向性差。多用于夜间行车或在军事上使用。
- 摄像系统测距法[6]：CCD摄像机是一种用来模拟人眼的光电探测器。它具有尺寸小、质量轻、功耗小、噪声低、动态范围大、光计量准确、其线扫描输出的光电信号有利于后续信号处理等优良特性。利用面阵CCD，可获得被测视野的二维图像，但无法确定与被测物体之间的距离。目前价格较高，同时受到软件和硬件的制约，成像速度较慢。
- 超声波测距法[7]：超声技术是一门以物理、电子、机械及材料学为基础的通用技术之一。超声波具有聚束、定向及反射、透射等特性。通过超声波发射装置发出超声波，根据接收器接到超声波的时间差就可以知道距离了，这与雷达测距原理相似。然而超声波测距在实际应用也有很多局限性，这都影响了超声波测距的精度。一是超声波在空气中衰减极大，由于测量距离的不同，造成回波信号的起伏，使回波到达时间的测量产生较大误差；二是超声波脉冲回波在接收过程中被极大的展宽，影响了测距的分辨率，尤其是对近距离的测量造成较大的影响。其它还有一些因素，诸如环境温度、风速等也会对测量造成一定的影响。
- 激光测距法[8][9]：激光测距装置[10]是一种光子雷达系统，它具有测量时间短、量程大、精度高等优点，在许多领域得到了广泛应用。目前在汽车上应用较广的激光测距系统可分为非成像式激光雷达和成像式激光雷达。在汽车测距系统中，非成像式激光雷达更具有实用价值，同成像式激光雷达相比，具有造价低、速度快、稳定性高等特点。另外，根据不同远近的测量距离, 应该量体裁衣寻找与其相适应的测距原理和方法。对于远距离的测量适合使用脉冲测距方式，对于较大距离的测量适合使用相位测距方式，对于微小距离或形状变化的测量适合使用激光干涉测距法，对于中短距离非接触测量适合使用单点激光三角法[11]。
激光三角法测距根据激光入射方向分为直射光三角法和斜射光三角法。由于直射光三角法与斜射光三角法相比光斑较小,光强集中,不会因传感器与被测物体表面不垂直而扩大光照面上的亮斑,对于被测面较粗糙处，于振动和左右倾斜不定的物体，受干扰引起的误差较小。另外, 直射法的传感头在结构上, 也易做得小而紧凑, 因此采用直射三角法[11]。
利用激光三角测距原理,既可检测平面亦可检测曲面轮廓,它作为光电检测中的一种非接触式单点测量法,具有测量速度快、精度高、抗干扰能力强、测量点小,操作简单、应用范围广等优点。基于 PSD(position sensitive detector)的激光三角测距法[12][13]，可使测距系统具有体积小、灵敏度高、噪音低、分辨率高、响应速度快、价格低等优点。
在辅助倒车研究领域，美国、德国、日本等发达国家的技术远远走在前面。他们在汽车信息化技术的研究上起步较早，并且自身在半导体、微电子领域也具有很大的优势，因此在这些国家智能化车载电子设备的发展已经达到了相当高的水平。很多高科技车载电子设备已经相当普及[14]。随着汽车工业的飞速发展，在辅助倒车领域，国外已经出现了停车入位导航系统。梅赛德斯车厂已经在使用雷达探测技术来帮助驾驶者更快更安全地停车。导航雷达探测器能够探测出经过路线上的停车空位，并向驾驶者发出信号。这个时候，驾驶者可以通过探测器显示的位置找到空位。在整个停车过程中，当驾驶员切换到倒档后，导航系统会由始至终地监测汽车的位置和角度。如果驾驶者中断了倒车，导航系统还会自动计算出新的最佳停车路线和角度。在日本，丰田公司研制的导航系统已经可以实现准确的全自动停车。当导航系统锁定一个合适的停车空位之后，只要驾驶者切换了倒档，仪表盘上的屏幕上就会开始显示由安装在汽车背部的摄像头传送过来的车后图像。此时，驾驶者只需对导航系统选择的停车位置进行确认，在此之后，就可以松开方向盘和脚刹，保持适当的速度。从这里开始，停车过程便由配备了超声波雷达和摄像头的停车导航系统全权接手。如果想要中止停车程序，驾驶者只需踩下刹车就可以了。而且这款设备现在已经开始在一些高档轿车上装配使用。
国内的倒车雷达系统经历了三个阶段，6代的技术改良，从早期的倒车防撞仪，只能测试车后有限范围的障碍物，并发出警报，发展到根据距离远近程度分段报警，前两个阶段的倒车雷达一般采用专用集成电路，功能较简单。随着单片机技术和超声波技术的发展，新型的倒车防撞系统大多以单片机为核心的智能测距系统[15]。目前在国内，汽车倒车辅助系统大多数仍停留在语音报警或图像显示的阶段上，还没有智能可视倒车辅助系统出现。最近随着GPS在汽车领域的应用和发展，借助GPS的屏幕来显示车后图像的可视倒车产品在国内市场开始不断出现。该类产品借助车载GPS的屏幕，通过连接在车后的摄像头，将车后景像传送给驾驶员，从而实现安全倒车。但是此类产品在辅助倒车方面也只能提供车后的视频图像信息，对距离信息仍然无法感知。
由于本人所学专业为光电信息工程，专业课程涉及光电检测技术、激光原理，所以将采用激光测距法来实现汽车倒车防撞报警系统的设计。采用基于PSD 激光直线三角测距法已能达到比较令人满意的测量精度和速度,而且方法容易实现。由于目前对激光三角位移传感器的光学系统研究甚少,因此,在该方面的研究还充满很大的发展空间。
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