车辆测距方法

电子测量与仪器学报

２００９年增刊

车辆测距方法

宋彩霞王波涛

（北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京１００１２４）

摘要ｔ本文主要介绍了在车辆行驶过程中车辆测距的几种方法（激光测距、超声波测距、微波雷达测距、红外线测距、视觉测距）以及发展趋势，分析比较了这儿种测距方法的优、缺点，并列举了相应测距仪的应用实例。超声波、红外线测距仪探测距离相对较短，目前主要应用于汽车倒车控制系统：激光和微波雷达测距仪测链距离远、精度高，被广泛Ｊ｜Ｊ于’ｉ辆主动安全控制系统；视觉测距技术在精度、速度，智能化等方面具有很强的适应性，主要应用于智能车辆辅助驾驶导航。随着科技的快速发展，车辆测距技术将集多种测距方法于一体，共同提高测距的准确性。关键字ｓ车辆测距；激光；超声波；微波雷达；红外线；视觉测距

Ｄｉｓｔａｎｃｅ

Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｖｅｈｉｃｌｅｔｒａｆｆｉｃｉｎｓｅｖｅｒａｌｗａｙｓｒａｎｇｉｎｇｓｔｙｌｅ（１ａｓｅｒｒａｎｇｉｎｇ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｎｇｅ，

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根据德国原戴姆勒一奔驰汽车制造公司研究

报告表明…：在危险情况下，如果给驾驶员提前半秒的反应时间，则可以分别减少撞车尾事故的３０％、路面相关信息事故的５０％、迎面撞车事故的６０％。因此，世界各国对发展汽车防撞技术十分关注，投入了大量的人力、物力与财力，而这一技术的关键在于车辆测距，故在现代汽车上为提高行车安全，往往增加了许多装置米枪测车距，并通过报警或自动进行某项预定的操作比如制动等方式，达到避免由于驾驶员疲劳、疏忽、误判所造成的各项交通事故。从上个世纪７０年代起，美陶、英国、法困、德国、意人利、日本和原苏联均意识到了研制车用障碍物检测系统的重要性，并投入了大量的人力和物力着手进行研制。目前运用于汽车测距的方式主要有以下几种：激光测距、超声波测距、微波测距、红外线测距、视觉测距。超声波、红外线测距仪因其探测距离相对较短，目前主要应用于汽车倒车控制系统：激光和微波雷达测距仪因其具有测最距离远、精度高等优点，被广泛应用于车辆主动安全控制系统。视觉测量技术在精度、速度、智能化等方

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面具有很强的适应性，并具有高精度、稳定性好、非接触性测量等特点，若再结合图像处理技术，即可构成自动化较高的实用测距系统，因此它在智能车辆辅助驾驶导航的安全距离测量中应用极广。

１车辆测距仪

１．１测距仪的分类

根据测距方式的不同，车辆测距仪也分为：激光测距仪、超声波测距仪、微波雷达、红外线测距仪、视觉测距系统。１．１．１激光溺距仪

激光测距仪婚１具有结构相对简单、高单色性、

高方向性、相干性好、测量时问短、量程大、精度高、探测距离远、能识别道路状况、价格便宜等优点，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以分为非成像式激光雷达和成像式激光雷达。按测量原理不同町分为脉冲式激光测距雷达和相位式激光测距雷达。

脉冲式激光测距原理：测距仪发射出的激光经

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被测量物体反射后义被测距仪接收，测距仪Ｉ列时记录激光往返的时间，再利用光在介质中传播的速度一定，计算得到测距仪与被测物体之问的距离。脉冲法测量距离的精度一般是在±１米。

相位式激光测距仪利用无线电段的频率，对激光束进行幅度调制后，测定调制光往返‘‘次所产生的相位调制，再根据调制光的波长，换算出相位延迟所代表的距离‘１…。

英菲尼迪ＦＸ５０上装备了智能巡航控制系统ＩＣＣ

（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅｃｒｕｉｓｅｃｏｎｔｒ０１），它通过激光传

２００９年增刊

超卢波测距仪原理简单，制作力‘便，成本比较低。但其作为高速行驶车辆上的测距传感仪不可取，主要有以下两方面原因：一是超声波的速度受外界环境变化影响较大，在不同的温度下超声波速度是不同的；二是超卢波能量与距离的平方成止比衰减，故距离越远，反射刨的超声波越少，灵敏度下降很快，从而使得超卢波测距方式只适用于较短距离。目前阳内外一般的超声波理想测距为４－５米，冈此一般只用于汽车倒车防撞系统上。１．１．３微波溯距雷达

ｆ｜ｊ十电磁波经过一定的距离就会引起相位变化，微波雷达通过测定被测物体反射波与发射波的相位变化来确定两点问的距离。当前，微波雷达的使用频率主要集中在２３～２４，６０～６１，７６～７７ＧＨｚ三个频段，波长均为毫米级，也称为毫米波雷达。在这螳特殊频段卜，由于大气中水蒸汽、氧分子的吸收和散射作Ｈｊ产生出衰减尖峰，使得雷达信号的传播被限制在一个较短的范围之内，从而可以尽量

感器能够测量与前车的距离，自动控制加速或制动以保持由驾驶者设定的牟距。与其他Ｊ。商类似的配置相比，ＦＸ５０装备的ＣＣ（ｃｒｕｉｓｅｃｏｎｔｒｏｌ巡航控制）工作范围更广，车速仪需超过４０公里／ｄ，时即．Ⅱｊ．启动，上限则为１８０公里／４，时。即使在ＩＣＣ系统未开启的情况下，当驾驶者踩下制动踏板时可以提供更人的制动辅助力¨…。

由于激光测距仪工作环境处于高速运动的车体中，震动较大，对其稳定性、可靠性提出了较高的要求，其体积也受到了一定的限制，同时考虑到省电、低价、对人眼安全等凶素，这些决定了其光源只能采用半导体激光器。

激光测距缺点是测量性能易受环境冈素十扰，在雨、雪、雾等天气情况下，测量性能会有所下降，受测量原理限制只能传递相对距离信息。１．１．２超声波溯距仪

超声波是指振动频率在２０ｋＨｚ以上的机械波。其穿透性较强，具有一定的方向性，传输过程中衰减较小，反射能力较强。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性，超声波测距仪饽１就是利用其反射特性来工作的。

超声波测距的方法有声波幅值检测法、相位检测法和渡越时问法等。相位榆测法虽精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法易受发射波影响；渡越时问检测工作方式简单、直观，在硬件控制和软件设计容易实现，其原理是检测从发射化感器发射超声波到经气体介质传播后接收传感器接收超声波的时间差，即渡越时间ｔ。距离ｓ：ｃｔ／２（ｃ为声速），ｔ可由单片机计脉冲个数的方法实现。

奥迪Ａ６的倒车系统【１５１就是采用超声波测距，它依靠探头发射并接收超声波来测量车身与障碍物之问的距离，当距离小于一定值时，蜂呜器就会自动报警，距离越近，响卢越急促，如下图１所示。

降低对其它车辆雷达或无线电设备的影响，并减少

对周围人体的辐射。雷达测距技术存在电磁波干扰问题，冈此必须防ｌ｝：冈雷达装置间以及其它通信设施的电磁波雷达干扰而发生误操作。目前，微波雷达在汽车上应用最多是作为防撞雷达，防止在高速公路上发牛追尾碰撞。

日本丰田公司与Ｄｅｎｓｏ公司、二菱公司合作开发的电．了扫描式毫米波（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ

ｓｃａｎｎｉｎｇ

ＭＭＷ）雷达，采用调频连续波测距方式，结构紧凑、抗十扰性能好。它是世界上第一款采用先进的相控阵技术的牟用雷达。与机械扫描雷达相比，相控阵雷达的天线无需转动，波束扫描更加灵活，对目标识别的件能优异。下表２为２种小同测距方式下毫米波雷达的技术参数。

表１毫米波雷达技术参数

法国ＡｕｔｏＣｒｕｉｓｅ公司是由Ｔｈａｌｅｓ公司与美阔ＴＲＷ公司联合成市的，专门从事车用微波雷达的

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采用竹＂微波集成电路（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉ㈣ｍｉ

ｏ删

ＩＣ．删Ｉｃ）制造，性能卓越、角度大、精度高，ＩⅡ

ｎ动计时物体进行识别．无前进行后序信号酿别处珲。英陶ＥａｔｏｎＶＯＲＤ公司所乍产的ＥｖＴ－２００、

ＶＴ－３００牟用聿＝灭候防撞击报警系统就采用丁这两款ｔＳ达。扯短短的儿年问．该防撞系统已经在美国

的５０００辆大型卡车Ｉｊ装配｛业用。该公司还与Ｈ立公州联合开艇了６０５ＧＩＩｚ连续波谰撷雷选．探测范

囝为１～１２０ｍ，｝Ｈ对速度范围为０４～ｌ￥Ｏｋｍ／ｈ．探

测打悒珀为水平方向±６ａ、乖商方向４。．雷达功率为ｌｇＩＶ．

微波雷逃探测距离远、逆行町靠、渊莆性能受天气等外界凼素的彤响较小”，可以获得年牟与ｎ标１‘辆『几ｊ距离、丰Ｈ埘速度．有些衙达还－４获得相对

方位角和丰『｜耐加速Ｊ盅辞信息，但价格比较昂贵。

ｉｆ

４“蚪线铡距倥

红外线的波Ｋ比呵见光光线长，有显并的热敬应和较强的穿透五雾能力．车载仪器通过接收前方物体反射Ｉ删的红外线，饿拱信号强弱及波长的不Ｉｑ．通过分析时问箍．町得出前Ａ物体的性质及其到禽

出２红外境俄税糸堍

与奉牟的剐离．由于红外线是肉眼看小见的光，具

德国Ｐ岫Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ是家创立于２００２年

竹极强的隐版性，夜问同样不妨碍测距仪的Ｉ：作”。

的风险企业．半娶从珥基十光了的摄像兀件ｍ

红井线成像技求可分为：温『立撵测的远红外

（ｐｈｏｔｏｎｉｃｍｉｘｅｒｄｅｖｉｃｅ）的开艇．ＰＭＤ的工作ｊ；ｃ

技术、Ｊｆｊ十夜规的近妻｜＝外技术．溢度探测红外线技

理是：向丰辆前疗照射红井线，根据反射波的时问术可探测到具有温度的生物，并可将物体辐射ｍ的差米获取物体的三维信息．通过使用这种摄像元

热量显示为影像：瘦视红外线拄术１．坚川Ｊ：夜问等仆．ｊｌｊ一个摄像７ｃ什就・４以获得物体的嘲像和距

视线小良的情况．可探测到比牟灯照射型远的距离。丝然使用２个摄像元件可获取ｉ维信息．但其离，但容易受到对面灿光影响，上要ⅢＪ：夜视等辅幽像处理需耍根高的运算能力．而Ｐ叻不需要那么助路况品示．为解决夜问视线币佳问题．车辆的夜高的运算能力，只需一个摄像元件，可以有效的挖视测距系统１彀会以红外线作为辅助光谢｜．但其目

制成本．０ＥⅢ这一元件，可以起蜘顶防碰撞、ｆ】：人前价｝｝ｆ还比较高．多局限在某些高级车利ｔ上．汽车检测和停车盘援的作用…。．

所使川的夜视系统，大多为近红外线和远红外线类Ｌｌ

５辘甓穗距系镜

型。

计算机视觉技术测距精度高，并可在测距的过

盅弓７系列利州远红外线夜视系统．利川远红

程－ｐ利用图像中包含的大最信息实现其它辅助驾外线榆测行人、动物及障碍物后将蟛像显示在巾央驶功能．例如车道状卷的估计、空通标志和信号的仪表艏的导航仪屏棼上。浚嵌视系统的可检测距离

讽别、牌照识别、车辆偏离车道中心的偏离程度等．最大为３００＝Ｉ．当以ｌＯＯＩｍ／ｈ的车进行驶时．能够提随着计算机硬件的计并能力提高．计算机税觉技术前５秒颅嘲逆蹄ｌ‘存在危险的地方。此外．还其备

在领域中的应用已基木逃到寅时处理的要求。

根据行驶状况芹右捏动戎视系统帕影像，以及放人

在视世技术的应用巾，通常有单ｌＩ系统和双Ｈ娃Ｈｉ远方时银物的功能。该公ｒｄ农不，如果详细显系统（或多Ｈ系统）两种方式．般日视觉模仿人类示夜祝系统的影像．姆驶员的注意山就会巢中枉这利用双Ｈ视差感知距离的方法，用两个摄像机对同衅影像ｌ。闻此泉朋了１：ｌｒ细轻爪ｊ．１『能够以影予的

一景物从不同何就成像，进而从视筹中恢复距离。ｆｎ它ｆ１个致命弱点——嘲像眺眦¨碰．井ｌｔ在一：

电子测量与仪器学报

维场景投影为二维图像的过程中存在着畸变、噪声、深度和不可见部分的信息被丢失等情况，这些都将增大图像配准的难度。多目配准方法采用多个摄像机同时摄取物体的多幅图像，从而增加景物的信息量和配准的约束条件，简化配准问题。但同时采用多个摄像机，将增加整个测距系统的成本，系统的安装和图像的同步采集等技术难度也将人大增加，在现阶段还不易达到实用化。单目视觉方法采用单幅图像，根据摄像机的焦距和确定的参数来估算深度信息，或采用特征匹配和光流技术从视觉序列的图像中估算三维参数。单目视觉系统结构简单、成本低，相对于双目视觉和多目视觉系统少了图像配准问题，计算机在同一时问内只需要处理单幅图像，减少了系统工作量、节省了计算机处理时间。

赛灵思公司（ＸｉｌｉｎｘＩｎｃ）在Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ汽车光流（ＸＡ

２００８

２００９年增刊

保持十净、测撞最性能易受环境千扰

展会上展示了针对视觉化驾驶辅助系统的赛灵思

Ｏｐｔｉｃａｌ

Ｆｌｏｗ）解决方案。这一方

案基于赛灵思Ｓｐａｒｔａｎ（Ｒ）一３器件和ＤＤＣＯＰｔｉｃａｌ

ＦｌｏｗＦｌｏｗ

ＩＰ内核，还有创新的运动估计算法。ＯｐｔｉｃａｌＩＰ内核从车载相机系统所获得的视频图像中

提取关于道路的相关信息。提取出的运动图像被分成独立的对象（像素块）并利用块匹配技术对其进行处理，输出是二维向量地图，可用来评估碰撞威胁。它可提供扩展处理能力，并能够灵活地从视频帧序列中抽取相对运动信息所需要的像素级图像处理功能。基于ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ—Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ

Ｇａｔｅ

Ａｒｒａｙ，现场可编程门阵列）的具体实现提供了一组可调整的参数，可针对目标应用要求对性能进行精细调整。其速度可以满足高级视觉驾驶辅助应用要求。

１．２车用测距仪的比较

上文中介绍的五种测距仪，下表３中比较了这几种测距仪各自的优缺点。

表３五种测距仪优缺点比较

１．３车用测矩仪存在的问题及发展趋势

车用测距仪首先要奄翠决的技术难题就是减少误报。由于车辆在道路中行驶状况十分复杂，并线、移线、转弯、上下坡以及道路两旁的静态护栏、标志牌，还有各种恶劣天气的影响等，使得雷达对主目标的识别十分困难，误报率很高。尽管某些测距仪具有二维，甚拿三维的目标探测能力，但迄今为止，没有任何一个传感器能保证在任何时刻提供完全可靠的信息。要想完伞解决好误搬ｌ’口Ｊ题，还需要采取多传感器之间的信息融合技术。如美国Ｄｅｌｐｈｉ公司的汽车防撞系统就采用了激光、微波和机器视觉等多种传感器的信息融合，实现了信息分析、综合和平衡，利用数据问的冗余性和互补特性进行容错处理，克服了单一传感器可靠性低、有效探测范围小等缺点，有效地降低了误报率。

微波雷达必须满足电磁旅容性要求，即雷达在

１７９

电子测量与仪器学报

其电磁环境中运行须符合要求，并不对其环境Ｌ卜的

【３】【４】【５１

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林芝，智能汽车的距离测量技术【ＪＪ，汽车技术２００２．

（３）：４４－４７

任何设备产生无法忍受的电磁干扰。目前，世界上

还没有统一的车用微波雷达使用频带。日本是世界上唯～将车用微波雷达的频段确定在６０～６１Ｇｆｌｚ的国家。近几年，又将７６一－－７７ＧＨｚ频段作为车用雷达系统使用频段。在欧洲，欧盟委员会决定，从２００５年下半年至２０１３年期间，在整个欧盟范围内，将２４ＧＨｚ作为车用雷达的使用频带。考虑到其它无线通信业务的发展，２０１３年以后，将频带调整为７９ＧＨｚ。在美闷则使用２４、７６～７７ＧＨｚ两个频带。因此，需要对下载雷达规定统一的专用频带，从技术上保证车用雷达在无干扰的条件下Ｊ下常使用，确保道路交通安全。

相对于激光、雷达和超声波等传感器，视觉测距系统具有探测范围宽、Ｒ标信息完整、价格相对便宜，Ｉ面且更符合人的认知习惯等优点，特别在对道路及车道线的探测方断，视觉信号具有无法替代的优势。

【９１

周毅刚，王春明，朱青．激光测距的高速采集与处理电路的设计【ｊ１．电子测量技术，２００８（７）：９７．９８，１０７张人彪，＝ｌｉ艳菊，微波测速、测距系统的设计【Ｊ】．仪表技术与传感器，２００４（４）：１１．１２，１５

【６１徐存东．－－－种新型的微波测距仪【Ｊ１．中国仪器仪表，１９９９

（０３）：２４－２６

【７】李华．重型卡车部分辅助驾驶系统介绍【Ｊ】．商用汽车，

２００６（０４）：１０２・１０５

【８】Ｐｏｈｌ，Ｎ．；ＧｅｅｉｎｇＭ．；Ｗｉｌｌ，Ｂ．；Ｍｕｓｃｈ，Ｔ．；Ｈａｕｓｎｅｒ，Ｊ．；

Ｓｃｈｉｅｋ，

Ｂ．；Ｈｉｇｈ

ｉｎ

Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ

Ｒａｄａｒ

Ｄｉｓｔａｎｃｅ

ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓＯｖｅｒｍｏｄｅｄＣｉｒｃｕｌａｒ

Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ

ＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙａｎｄＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ［Ｊ］，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ

ｏｎ

Ｖｏｌｕｍｅ５５，Ｉｓｓｕｅ６，Ｐａｒｔ２，Ｊｕｎｅ２００７

Ｐａｇｅ（ｓ）：１３７４

－１３８ｌ

ＣｈｕｎｇＣｈｅｎｇＣｈａｎｇ；ＣｈｅｎＣｈｏｕＬｉｎ；ＪｕｎｇＨｗａ

Ｗａｎｇ；

ＭｕＤｅｒＪｅｎｇ；ＳｈｉｈＨｏＴｓｅｎｇ；Ｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ

ｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｍｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ

ｓｙｓｔｅｍ

ｄｅｖｉｃｅｆｏｒ

ａ

ｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｅｄｒｏｂｏｔｉｃ

ＯＣＥＡＮＳ［Ｃ］，２００１．ＭＴＳ／ＩＥＥＥ

Ｖｏｌｕｍｅ

２，５－８

ＮＯＶ．２００１

Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄ

Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ

Ｐａｇｅ（ｓ）：１０５４——１０５７

【１０】会湘亮，曾云，陈迪，卜．红外线测距系统的建立及其在

２结论

本文主要阐述了五种车辆测距仪，依据测距原理的不同，它们都具有其它测距仪无法代替的优势，与此同时也都存在着劣势。随着科技的进一步发展，车辆测距技术的种类必将越来越来多，其应用也不仅是单一的测距方法，而是多种测距方法的混合，集几种装置于一体，互相取长补短，进一步提高系统测量的精度和叮靠性。参考文献：

【１１超鹰。子晶．安伞驾驶技术的今天和明天——介绍戴姆

勒－克赖斯勒公司的安伞驾驶技术【Ｊ】．商用汽车，２００４，（０３）【２１

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２００８，３ｌ（２）：３６－３９

汽乍防撞系统中的成Ｊ｜ｊ【Ｊ１．乡Ｉ：外技术，２００１，３（３）：４３—４５ｆｌｌ】何绪‘趁，张宏，刘培玉．ＪＨ于交通事故处理的图像测距

研究ｊｊ实现【Ｊ】．现代电子技术，２００７（２４）：ｉ－４

【１２］刘燕，刘浩学．基’Ｊ：计算机视觉的单目摄影纵向车距测

量系统研究ＩＪｌ．路交通科技，２００４，２１（９）：１０３．１０６，１１ｌ１１３１苏Ｊｌ：娜，丰丽君，刘忠云．公路汽车视觉导航中运动Ｆ１

标的检测与跟踪方法的研究ＩＪｌ．计算机工程，

２００１，２７（４）：４６－４８，８１

作者简介：

宋彩霞：女，北京Ｔ业大学硕十生，主要研究方向是：智能信息处理系统。ｅｍａｉｌ：ｗｅｉｘｉａｏ＠ｅｍａｉｌｓ．ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．∞

通信地址：北京市朝坶ｌ区甲乐园１００号北京工业大学４２５＃信箱。联系电话：１５３００３５０５８４

王波涛：男，北京Ｊ二业人学硕上生导师，副教授。主要研究方向：多媒体通信技术、豳像分析与ｉ５｛别。Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｂｔ＠ｈｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃａ．联系电话：６７３９２８４６

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车辆测距方法

作者：作者单位：

宋彩霞， 王波涛

北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京 100124

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1. 成先敏. 李世中. 乔晶晶 微波测距方案的设计与实现[期刊论文]-四川兵工学报2010,31(7)

本文链接：http://d.wanfangdata.com.cn/Conference_7283646.aspx

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车辆测距方法

宋彩霞王波涛

（北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京１００１２４）

摘要ｔ本文主要介绍了在车辆行驶过程中车辆测距的几种方法（激光测距、超声波测距、微波雷达测距、红外线测距、视觉测距）以及发展趋势，分析比较了这儿种测距方法的优、缺点，并列举了相应测距仪的应用实例。超声波、红外线测距仪探测距离相对较短，目前主要应用于汽车倒车控制系统：激光和微波雷达测距仪测链距离远、精度高，被广泛Ｊ｜Ｊ于’ｉ辆主动安全控制系统；视觉测距技术在精度、速度，智能化等方面具有很强的适应性，主要应用于智能车辆辅助驾驶导航。随着科技的快速发展，车辆测距技术将集多种测距方法于一体，共同提高测距的准确性。关键字ｓ车辆测距；激光；超声波；微波雷达；红外线；视觉测距

Ｄｉｓｔａｎｃｅ

Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ

ｆｏｒＶｅｈｉｃｌｅ

ＳｏｎｇＣａｉｘｉａＷａｎｇＢｏｔａｏ

Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

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Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｃｒｉｂｅｓｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｖｅｈｉｃｌｅｔｒａｆｆｉｃｉｎｓｅｖｅｒａｌｗａｙｓｒａｎｇｉｎｇｓｔｙｌｅ（１ａｓｅｒｒａｎｇｉｎｇ，ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｒａｎｇｅ，

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ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ，ａｎｄｌｉｓｔｓｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒａｎｇｅｆｉｎｄｅｒ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＶｅｈｉｃｌｅＩｏｃａｔｉｏｎ；ｌａｓｅｒ；ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ；ｍｉｃｒｏｗａｖｅｒａｄａｒ，ｉｎｆｒａｒｅｄ；ｖｉｓｕａＩｒａｎｇｅ

根据德国原戴姆勒一奔驰汽车制造公司研究

报告表明…：在危险情况下，如果给驾驶员提前半秒的反应时间，则可以分别减少撞车尾事故的３０％、路面相关信息事故的５０％、迎面撞车事故的６０％。因此，世界各国对发展汽车防撞技术十分关注，投入了大量的人力、物力与财力，而这一技术的关键在于车辆测距，故在现代汽车上为提高行车安全，往往增加了许多装置米枪测车距，并通过报警或自动进行某项预定的操作比如制动等方式，达到避免由于驾驶员疲劳、疏忽、误判所造成的各项交通事故。从上个世纪７０年代起，美陶、英国、法困、德国、意人利、日本和原苏联均意识到了研制车用障碍物检测系统的重要性，并投入了大量的人力和物力着手进行研制。目前运用于汽车测距的方式主要有以下几种：激光测距、超声波测距、微波测距、红外线测距、视觉测距。超声波、红外线测距仪因其探测距离相对较短，目前主要应用于汽车倒车控制系统：激光和微波雷达测距仪因其具有测最距离远、精度高等优点，被广泛应用于车辆主动安全控制系统。视觉测量技术在精度、速度、智能化等方

１７６

面具有很强的适应性，并具有高精度、稳定性好、非接触性测量等特点，若再结合图像处理技术，即可构成自动化较高的实用测距系统，因此它在智能车辆辅助驾驶导航的安全距离测量中应用极广。

１车辆测距仪

１．１测距仪的分类

根据测距方式的不同，车辆测距仪也分为：激光测距仪、超声波测距仪、微波雷达、红外线测距仪、视觉测距系统。１．１．１激光溺距仪

激光测距仪婚１具有结构相对简单、高单色性、

高方向性、相干性好、测量时问短、量程大、精度高、探测距离远、能识别道路状况、价格便宜等优点，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以分为非成像式激光雷达和成像式激光雷达。按测量原理不同町分为脉冲式激光测距雷达和相位式激光测距雷达。

脉冲式激光测距原理：测距仪发射出的激光经

电子测量与仪器学报

被测量物体反射后义被测距仪接收，测距仪Ｉ列时记录激光往返的时间，再利用光在介质中传播的速度一定，计算得到测距仪与被测物体之问的距离。脉冲法测量距离的精度一般是在±１米。

相位式激光测距仪利用无线电段的频率，对激光束进行幅度调制后，测定调制光往返‘‘次所产生的相位调制，再根据调制光的波长，换算出相位延迟所代表的距离‘１…。

英菲尼迪ＦＸ５０上装备了智能巡航控制系统ＩＣＣ

（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅｃｒｕｉｓｅｃｏｎｔｒ０１），它通过激光传

２００９年增刊

超卢波测距仪原理简单，制作力‘便，成本比较低。但其作为高速行驶车辆上的测距传感仪不可取，主要有以下两方面原因：一是超声波的速度受外界环境变化影响较大，在不同的温度下超声波速度是不同的；二是超卢波能量与距离的平方成止比衰减，故距离越远，反射刨的超声波越少，灵敏度下降很快，从而使得超卢波测距方式只适用于较短距离。目前阳内外一般的超声波理想测距为４－５米，冈此一般只用于汽车倒车防撞系统上。１．１．３微波溯距雷达

ｆ｜ｊ十电磁波经过一定的距离就会引起相位变化，微波雷达通过测定被测物体反射波与发射波的相位变化来确定两点问的距离。当前，微波雷达的使用频率主要集中在２３～２４，６０～６１，７６～７７ＧＨｚ三个频段，波长均为毫米级，也称为毫米波雷达。在这螳特殊频段卜，由于大气中水蒸汽、氧分子的吸收和散射作Ｈｊ产生出衰减尖峰，使得雷达信号的传播被限制在一个较短的范围之内，从而可以尽量

感器能够测量与前车的距离，自动控制加速或制动以保持由驾驶者设定的牟距。与其他Ｊ。商类似的配置相比，ＦＸ５０装备的ＣＣ（ｃｒｕｉｓｅｃｏｎｔｒｏｌ巡航控制）工作范围更广，车速仪需超过４０公里／ｄ，时即．Ⅱｊ．启动，上限则为１８０公里／４，时。即使在ＩＣＣ系统未开启的情况下，当驾驶者踩下制动踏板时可以提供更人的制动辅助力¨…。

由于激光测距仪工作环境处于高速运动的车体中，震动较大，对其稳定性、可靠性提出了较高的要求，其体积也受到了一定的限制，同时考虑到省电、低价、对人眼安全等凶素，这些决定了其光源只能采用半导体激光器。

激光测距缺点是测量性能易受环境冈素十扰，在雨、雪、雾等天气情况下，测量性能会有所下降，受测量原理限制只能传递相对距离信息。１．１．２超声波溯距仪

超声波是指振动频率在２０ｋＨｚ以上的机械波。其穿透性较强，具有一定的方向性，传输过程中衰减较小，反射能力较强。超声波作为一种特殊的声波，同样具有声波传输的基本物理特性，超声波测距仪饽１就是利用其反射特性来工作的。

超声波测距的方法有声波幅值检测法、相位检测法和渡越时问法等。相位榆测法虽精度高，但检测范围有限；声波幅值检测法易受发射波影响；渡越时问检测工作方式简单、直观，在硬件控制和软件设计容易实现，其原理是检测从发射化感器发射超声波到经气体介质传播后接收传感器接收超声波的时间差，即渡越时间ｔ。距离ｓ：ｃｔ／２（ｃ为声速），ｔ可由单片机计脉冲个数的方法实现。

奥迪Ａ６的倒车系统【１５１就是采用超声波测距，它依靠探头发射并接收超声波来测量车身与障碍物之问的距离，当距离小于一定值时，蜂呜器就会自动报警，距离越近，响卢越急促，如下图１所示。

降低对其它车辆雷达或无线电设备的影响，并减少

对周围人体的辐射。雷达测距技术存在电磁波干扰问题，冈此必须防ｌ｝：冈雷达装置间以及其它通信设施的电磁波雷达干扰而发生误操作。目前，微波雷达在汽车上应用最多是作为防撞雷达，防止在高速公路上发牛追尾碰撞。

日本丰田公司与Ｄｅｎｓｏ公司、二菱公司合作开发的电．了扫描式毫米波（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌｌｙ

ｓｃａｎｎｉｎｇ

ＭＭＷ）雷达，采用调频连续波测距方式，结构紧凑、抗十扰性能好。它是世界上第一款采用先进的相控阵技术的牟用雷达。与机械扫描雷达相比，相控阵雷达的天线无需转动，波束扫描更加灵活，对目标识别的件能优异。下表２为２种小同测距方式下毫米波雷达的技术参数。

表１毫米波雷达技术参数

法国ＡｕｔｏＣｒｕｉｓｅ公司是由Ｔｈａｌｅｓ公司与美阔ＴＲＷ公司联合成市的，专门从事车用微波雷达的

１７７

电子测量与仪器学报

２００９年增刊

采用竹＂微波集成电路（ｍｏｎｏｌｉｔｈｉ㈣ｍｉ

ｏ删

ＩＣ．删Ｉｃ）制造，性能卓越、角度大、精度高，ＩⅡ

ｎ动计时物体进行识别．无前进行后序信号酿别处珲。英陶ＥａｔｏｎＶＯＲＤ公司所乍产的ＥｖＴ－２００、

ＶＴ－３００牟用聿＝灭候防撞击报警系统就采用丁这两款ｔＳ达。扯短短的儿年问．该防撞系统已经在美国

的５０００辆大型卡车Ｉｊ装配｛业用。该公司还与Ｈ立公州联合开艇了６０５ＧＩＩｚ连续波谰撷雷选．探测范

囝为１～１２０ｍ，｝Ｈ对速度范围为０４～ｌ￥Ｏｋｍ／ｈ．探

测打悒珀为水平方向±６ａ、乖商方向４。．雷达功率为ｌｇＩＶ．

微波雷逃探测距离远、逆行町靠、渊莆性能受天气等外界凼素的彤响较小”，可以获得年牟与ｎ标１‘辆『几ｊ距离、丰Ｈ埘速度．有些衙达还－４获得相对

方位角和丰『｜耐加速Ｊ盅辞信息，但价格比较昂贵。

ｉｆ

４“蚪线铡距倥

红外线的波Ｋ比呵见光光线长，有显并的热敬应和较强的穿透五雾能力．车载仪器通过接收前方物体反射Ｉ删的红外线，饿拱信号强弱及波长的不Ｉｑ．通过分析时问箍．町得出前Ａ物体的性质及其到禽

出２红外境俄税糸堍

与奉牟的剐离．由于红外线是肉眼看小见的光，具

德国Ｐ岫Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ是家创立于２００２年

竹极强的隐版性，夜问同样不妨碍测距仪的Ｉ：作”。

的风险企业．半娶从珥基十光了的摄像兀件ｍ

红井线成像技求可分为：温『立撵测的远红外

（ｐｈｏｔｏｎｉｃｍｉｘｅｒｄｅｖｉｃｅ）的开艇．ＰＭＤ的工作ｊ；ｃ

技术、Ｊｆｊ十夜规的近妻｜＝外技术．溢度探测红外线技

理是：向丰辆前疗照射红井线，根据反射波的时问术可探测到具有温度的生物，并可将物体辐射ｍ的差米获取物体的三维信息．通过使用这种摄像元

热量显示为影像：瘦视红外线拄术１．坚川Ｊ：夜问等仆．ｊｌｊ一个摄像７ｃ什就・４以获得物体的嘲像和距

视线小良的情况．可探测到比牟灯照射型远的距离。丝然使用２个摄像元件可获取ｉ维信息．但其离，但容易受到对面灿光影响，上要ⅢＪ：夜视等辅幽像处理需耍根高的运算能力．而Ｐ叻不需要那么助路况品示．为解决夜问视线币佳问题．车辆的夜高的运算能力，只需一个摄像元件，可以有效的挖视测距系统１彀会以红外线作为辅助光谢｜．但其目

制成本．０ＥⅢ这一元件，可以起蜘顶防碰撞、ｆ】：人前价｝｝ｆ还比较高．多局限在某些高级车利ｔ上．汽车检测和停车盘援的作用…。．

所使川的夜视系统，大多为近红外线和远红外线类Ｌｌ

５辘甓穗距系镜

型。

计算机视觉技术测距精度高，并可在测距的过

盅弓７系列利州远红外线夜视系统．利川远红

程－ｐ利用图像中包含的大最信息实现其它辅助驾外线榆测行人、动物及障碍物后将蟛像显示在巾央驶功能．例如车道状卷的估计、空通标志和信号的仪表艏的导航仪屏棼上。浚嵌视系统的可检测距离

讽别、牌照识别、车辆偏离车道中心的偏离程度等．最大为３００＝Ｉ．当以ｌＯＯＩｍ／ｈ的车进行驶时．能够提随着计算机硬件的计并能力提高．计算机税觉技术前５秒颅嘲逆蹄ｌ‘存在危险的地方。此外．还其备

在领域中的应用已基木逃到寅时处理的要求。

根据行驶状况芹右捏动戎视系统帕影像，以及放人

在视世技术的应用巾，通常有单ｌＩ系统和双Ｈ娃Ｈｉ远方时银物的功能。该公ｒｄ农不，如果详细显系统（或多Ｈ系统）两种方式．般日视觉模仿人类示夜祝系统的影像．姆驶员的注意山就会巢中枉这利用双Ｈ视差感知距离的方法，用两个摄像机对同衅影像ｌ。闻此泉朋了１：ｌｒ细轻爪ｊ．１『能够以影予的

一景物从不同何就成像，进而从视筹中恢复距离。ｆｎ它ｆ１个致命弱点——嘲像眺眦¨碰．井ｌｔ在一：

电子测量与仪器学报

维场景投影为二维图像的过程中存在着畸变、噪声、深度和不可见部分的信息被丢失等情况，这些都将增大图像配准的难度。多目配准方法采用多个摄像机同时摄取物体的多幅图像，从而增加景物的信息量和配准的约束条件，简化配准问题。但同时采用多个摄像机，将增加整个测距系统的成本，系统的安装和图像的同步采集等技术难度也将人大增加，在现阶段还不易达到实用化。单目视觉方法采用单幅图像，根据摄像机的焦距和确定的参数来估算深度信息，或采用特征匹配和光流技术从视觉序列的图像中估算三维参数。单目视觉系统结构简单、成本低，相对于双目视觉和多目视觉系统少了图像配准问题，计算机在同一时问内只需要处理单幅图像，减少了系统工作量、节省了计算机处理时间。

赛灵思公司（ＸｉｌｉｎｘＩｎｃ）在Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ汽车光流（ＸＡ

２００８

２００９年增刊

保持十净、测撞最性能易受环境千扰

展会上展示了针对视觉化驾驶辅助系统的赛灵思

Ｏｐｔｉｃａｌ

Ｆｌｏｗ）解决方案。这一方

案基于赛灵思Ｓｐａｒｔａｎ（Ｒ）一３器件和ＤＤＣＯＰｔｉｃａｌ

ＦｌｏｗＦｌｏｗ

ＩＰ内核，还有创新的运动估计算法。ＯｐｔｉｃａｌＩＰ内核从车载相机系统所获得的视频图像中

提取关于道路的相关信息。提取出的运动图像被分成独立的对象（像素块）并利用块匹配技术对其进行处理，输出是二维向量地图，可用来评估碰撞威胁。它可提供扩展处理能力，并能够灵活地从视频帧序列中抽取相对运动信息所需要的像素级图像处理功能。基于ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ—Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ

Ｇａｔｅ

Ａｒｒａｙ，现场可编程门阵列）的具体实现提供了一组可调整的参数，可针对目标应用要求对性能进行精细调整。其速度可以满足高级视觉驾驶辅助应用要求。

１．２车用测距仪的比较

上文中介绍的五种测距仪，下表３中比较了这几种测距仪各自的优缺点。

表３五种测距仪优缺点比较

１．３车用测矩仪存在的问题及发展趋势

车用测距仪首先要奄翠决的技术难题就是减少误报。由于车辆在道路中行驶状况十分复杂，并线、移线、转弯、上下坡以及道路两旁的静态护栏、标志牌，还有各种恶劣天气的影响等，使得雷达对主目标的识别十分困难，误报率很高。尽管某些测距仪具有二维，甚拿三维的目标探测能力，但迄今为止，没有任何一个传感器能保证在任何时刻提供完全可靠的信息。要想完伞解决好误搬ｌ’口Ｊ题，还需要采取多传感器之间的信息融合技术。如美国Ｄｅｌｐｈｉ公司的汽车防撞系统就采用了激光、微波和机器视觉等多种传感器的信息融合，实现了信息分析、综合和平衡，利用数据问的冗余性和互补特性进行容错处理，克服了单一传感器可靠性低、有效探测范围小等缺点，有效地降低了误报率。

微波雷达必须满足电磁旅容性要求，即雷达在

１７９

电子测量与仪器学报

其电磁环境中运行须符合要求，并不对其环境Ｌ卜的

【３】【４】【５１

２００９年增刊

林芝，智能汽车的距离测量技术【ＪＪ，汽车技术２００２．

（３）：４４－４７

任何设备产生无法忍受的电磁干扰。目前，世界上

还没有统一的车用微波雷达使用频带。日本是世界上唯～将车用微波雷达的频段确定在６０～６１Ｇｆｌｚ的国家。近几年，又将７６一－－７７ＧＨｚ频段作为车用雷达系统使用频段。在欧洲，欧盟委员会决定，从２００５年下半年至２０１３年期间，在整个欧盟范围内，将２４ＧＨｚ作为车用雷达的使用频带。考虑到其它无线通信业务的发展，２０１３年以后，将频带调整为７９ＧＨｚ。在美闷则使用２４、７６～７７ＧＨｚ两个频带。因此，需要对下载雷达规定统一的专用频带，从技术上保证车用雷达在无干扰的条件下Ｊ下常使用，确保道路交通安全。

相对于激光、雷达和超声波等传感器，视觉测距系统具有探测范围宽、Ｒ标信息完整、价格相对便宜，Ｉ面且更符合人的认知习惯等优点，特别在对道路及车道线的探测方断，视觉信号具有无法替代的优势。

【９１

周毅刚，王春明，朱青．激光测距的高速采集与处理电路的设计【ｊ１．电子测量技术，２００８（７）：９７．９８，１０７张人彪，＝ｌｉ艳菊，微波测速、测距系统的设计【Ｊ】．仪表技术与传感器，２００４（４）：１１．１２，１５

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Ｓｃｈｉｅｋ，

Ｂ．；Ｈｉｇｈ

ｉｎ

Ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ

Ｒａｄａｒ

Ｄｉｓｔａｎｃｅ

ＭｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓＯｖｅｒｍｏｄｅｄＣｉｒｃｕｌａｒ

Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ

ＭｉｃｒｏｗａｖｅＴｈｅｏｒｙａｎｄＴｅｃｈｎｉｑｕｅｓ［Ｊ］，ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ

ｏｎ

Ｖｏｌｕｍｅ５５，Ｉｓｓｕｅ６，Ｐａｒｔ２，Ｊｕｎｅ２００７

Ｐａｇｅ（ｓ）：１３７４

－１３８ｌ

ＣｈｕｎｇＣｈｅｎｇＣｈａｎｇ；ＣｈｅｎＣｈｏｕＬｉｎ；ＪｕｎｇＨｗａ

Ｗａｎｇ；

ＭｕＤｅｒＪｅｎｇ；ＳｈｉｈＨｏＴｓｅｎｇ；Ｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ

ｄｉｓｔａｎｃｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｍｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ

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ａ

ｔｅｌｅｏｐｅｒａｔｅｄｒｏｂｏｔｉｃ

ＯＣＥＡＮＳ［Ｃ］，２００１．ＭＴＳ／ＩＥＥＥ

Ｖｏｌｕｍｅ

２，５－８

ＮＯＶ．２００１

Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅａｎｄ

Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ

Ｐａｇｅ（ｓ）：１０５４——１０５７

【１０】会湘亮，曾云，陈迪，卜．红外线测距系统的建立及其在

２结论

本文主要阐述了五种车辆测距仪，依据测距原理的不同，它们都具有其它测距仪无法代替的优势，与此同时也都存在着劣势。随着科技的进一步发展，车辆测距技术的种类必将越来越来多，其应用也不仅是单一的测距方法，而是多种测距方法的混合，集几种装置于一体，互相取长补短，进一步提高系统测量的精度和叮靠性。参考文献：

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标的检测与跟踪方法的研究ＩＪｌ．计算机工程，

２００１，２７（４）：４６－４８，８１

作者简介：

宋彩霞：女，北京Ｔ业大学硕十生，主要研究方向是：智能信息处理系统。ｅｍａｉｌ：ｗｅｉｘｉａｏ＠ｅｍａｉｌｓ．ｂｊｕｔ．ｅｄｕ．∞

通信地址：北京市朝坶ｌ区甲乐园１００号北京工业大学４２５＃信箱。联系电话：１５３００３５０５８４

王波涛：男，北京Ｊ二业人学硕上生导师，副教授。主要研究方向：多媒体通信技术、豳像分析与ｉ５｛别。Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｂｔ＠ｈｊｕｔ．ｅｄｕ．ｃａ．联系电话：６７３９２８４６

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车辆测距方法

作者：作者单位：

宋彩霞， 王波涛

北京工业大学电子信息与控制工程学院，北京 100124

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