線(xiàn)性調頻擴頻技術(shù)在車(chē)輛遠程控制上的應用分析論文
隨著(zhù)汽車(chē)保有量的增加、消費者對舒適性的追求，對遠距離尋車(chē)、車(chē)輛信息(包括油量、車(chē)輛狀況等)及時(shí)獲取等車(chē)輛遠距離控制功能提出了新的要求，并逐漸得到了各大車(chē)廠(chǎng)的關(guān)注。目前工作于315/433 MHz頻段的遙控系統，因工作距離短、通信速率低、單向通信等特點(diǎn)，不能滿(mǎn)足用戶(hù)這方而的需求�；贑PS全球定位系統定位、3G通信的Telematics車(chē)聯(lián)網(wǎng)系統，在室內停車(chē)場(chǎng)、3G無(wú)覆蓋的區域也無(wú)能為力。
線(xiàn)性調頻擴頻技術(shù)，國內外的研究一直局限在雷達領(lǐng)域，隨著(zhù)美國聯(lián)邦通信委員會(huì )(FCC)制定了民用公共安全、工業(yè)、科學(xué)與醫療和業(yè)余無(wú)線(xiàn)電采用擴頻通信的標準和規范，目前廣泛用于物流管控，工業(yè)監測和控制，醫療，安全網(wǎng)絡(luò )，人員和設備定位，以及汽車(chē)自主駕駛的局部定位等領(lǐng)域。
木文提出的車(chē)輛遠程控制方案，工作于全球適用的2.4 GHz ISM頻段(工業(yè)、科學(xué)和醫用頻段)，通過(guò)線(xiàn)性調頻擴頻技術(shù)，有效控制距離超過(guò)300 m ,能實(shí)現遠程遙控、信息交互，結合加速度傳感器可以實(shí)現包括車(chē)輛定位等多種車(chē)輛控制功能。
1 CSS線(xiàn)性調頻擴頻測距技術(shù)
采用電磁波測距受環(huán)境影響小，能全天候工作，而且電磁波還具有通信功能，使系統設計更簡(jiǎn)潔�；贑SS技術(shù)的測距方法，具有測距精度高、不受多徑效應的影響、通信穩定性好、抗干擾能力強等優(yōu)點(diǎn)。
1.1線(xiàn)性調頻信號
Chirp信號是一種擴頻信號，在一個(gè)信號周期內表現出線(xiàn)性調頻的特性，具有很強的自相關(guān)性，在求自相關(guān)提取信號時(shí)具有很好的抗干擾能力，消除了多徑效應的影響。線(xiàn)性調頻信號時(shí)域圖。圖1中，橫軸是時(shí)間，縱軸是頻率。接收數據時(shí)，利用了脈沖壓縮理論，匹配濾波可以在很短的時(shí)間內獲得很大的能量，接收機通過(guò)對能量的捕獲能夠把數據符號提取出來(lái)。線(xiàn)性調頻信號經(jīng)過(guò)脈沖壓縮之后的窄脈沖信號。
1.2 2次測距法(TWR, Two Way Ranging)
當2個(gè)節點(diǎn)的時(shí)鐘不同步時(shí)，運用2次測距法(TWR)能精確地測出兩者之間的距離。
2遠程控制系統設計
遠程控制系統由兩部分組成:手持的遙控器和安裝在車(chē)上的控制器。圖4、圖5分別是遙控器的系統框圖、示意圖。遙控器由電源模塊、通信模塊、顯示模塊、單片機、按鍵、加速度計、振動(dòng)電動(dòng)機等組成�？刂破鞯南到y框圖，由電源模塊、單片機、通信模塊、IO輸入輸出模塊等組成。
采用Nanotron公司的NASTRI作為通信收發(fā)芯片[}z,al，工作于2.4 GHz ISM頻段，采用CSS擴頻技術(shù)，具有測距功能，硬件支持頻分多址FDMA，帶有3個(gè)非疊加頻率通道和7個(gè)疊加通道，支持125 k2M飾S的可配通信速率。
3車(chē)輛定位
只要能確定d1，d2,d3，就能根據余弦定理計算出相對角度，從而知道控制器所在車(chē)輛相對于遙控器的角度和距離。在B點(diǎn)，遙控器通過(guò)測距功能確定車(chē)輛的相對距離，但還不能確定車(chē)輛的相對方位，因為存在左右對稱(chēng)的2個(gè)位置。此時(shí)偏離前進(jìn)方向走動(dòng)，到C點(diǎn)時(shí)，遙控器就能確定車(chē)輛方位了。
4車(chē)輛遠程遙控
本系統支持雙向通信，通信速率在125 k2 Mbps可配置，通信距離大于300 m，能實(shí)現RISE功能和車(chē)輛與遙控器間信息交互功能。在有效通信范圍內，系統都能遙控解鎖上鎖，并能通過(guò)設置RISE的有效工作范圍，解決因誤按動(dòng)作帶來(lái)的安全問(wèn)題。
以遙控解鎖為例說(shuō)明，具體步驟如下。
1)按下遙控器中的Unlock鍵。
2)遙控器向控制器發(fā)出測距請求。
3)控制器收到信息之后，發(fā)送測距響應。
4)遙控器將測量得的距離與設定門(mén)限(假設:50 m)比較，如果大于50 m，在顯示屏上提示遙控超出距離。如果小于等于50 m，遙控器發(fā)送解鎖命令給控制器。
5)控制器收到解鎖信息，驗證遙控器的有效性。
6)確認遙控器有效之后，發(fā)出解鎖命令，并發(fā)送解鎖結果給遙控器。
7)遙控器收到控制器發(fā)送的信息，并在顯示屏上提示車(chē)輛已解鎖。5車(chē)輛信息遠程交互
本系統的通信距離大于300 m，在有效通信范圍內，實(shí)現基于無(wú)線(xiàn)雙向通信的信息交互。如:可以在進(jìn)入車(chē)輛前控制空調，調節車(chē)內溫度;調節座椅、轉向盤(pán)等個(gè)性化設置;能獲得一些車(chē)輛的信息，如電池電壓、車(chē)內外溫度等;在車(chē)輛有突發(fā)情況時(shí)，發(fā)送信息給遙控器，遙控器通過(guò)振動(dòng)電動(dòng)機警示。
以獲得車(chē)輛電池電壓信息為例，具體步驟如下。
1)在遙控器中選中車(chē)輛信息中的電池電壓選項，遙控器向控制器發(fā)送獲取電池電壓請求。 2)控制器收到請求后，驗證遙控器的有效性。
3)確認遙控器有效性之后，控制器計算電池的電壓，并把結果發(fā)送給遙控器。
4)遙控器收到電池電壓值后，顯示在顯示屏上。6車(chē)輛遠程控制試驗文中的系統在試驗車(chē)上.選擇馬路邊進(jìn)行了試驗驗證。選取的測量距離分別是50m, 70m, 100m,150m, 200m, 250m, 300m，在每個(gè)點(diǎn)測量20次。
從試驗結果可以得出如下結論:距離越遠，距離測量精度越低，通信的丟幀率越高。在300 m距離時(shí)，測距精度不超過(guò)2m;在50 m距離時(shí)，不超過(guò)1m。能夠滿(mǎn)足目前功能的需要，通過(guò)軟件處理能夠進(jìn)一步提高系統的性能。
5結論
本文提出的基于線(xiàn)性調頻信號擴頻技術(shù)的車(chē)輛遠程控制系統，不僅可以定位車(chē)輛，還延長(cháng)了傳統RISE的遙控距離，并可遠程獲得車(chē)輛的實(shí)時(shí)信息。大大提高了操控的舒適性，是目前Telematics系統的一個(gè)很好的補充，對車(chē)輛安全控制具有長(cháng)遠的意義。
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