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线性调频扩频技术在车辆远程控制上的应用分析

作者:admin2014-11-17 11:38阅读:文章来源:未知

       随着汽车保有量的增加、消费者对舒适性的追求,对远距离寻车、车辆信息(包括油量、车辆状况等)及时获取等车辆远距离控制功能提出了新的要求,并逐渐得到了各大车厂的关注。目前工作于315/433 MHz频段的遥控系统,因工作距离短、通信速率低、单向通信等特点,不能满足用户这方而的需求。基于CPS全球定位系统定位、3G通信的Telematics车联网系统,在室内停车场、3G无覆盖的区域也无能为力。

  线性调频扩频技术,国内外的研究一直局限在雷达领域,随着美国联邦通信委员会(FCC)制定了民用公共安全、工业、科学与医疗和业余无线电采用扩频通信的标准和规范,目前广泛用于物流管控,工业监测和控制,医疗,安全网络,人员和设备定位,以及汽车自主驾驶的局部定位等领域。

  木文提出的车辆远程控制方案,工作于全球适用的2.4 GHz ISM频段(工业、科学和医用频段),通过线性调频扩频技术,有效控制距离超过300 m ,能实现远程遥控、信息交互,结合加速度传感器可以实现包括车辆定位等多种车辆控制功能。

  1 CSS线性调频扩频测距技术

  采用电磁波测距受环境影响小,能全天候工作,而且电磁波还具有通信功能,使系统设计更简洁。基于CSS技术的测距方法,具有测距精度高、不受多径效应的影响、通信稳定性好、抗干扰能力强等优点。

  1.1线性调频信号

  Chirp信号是一种扩频信号,在一个信号周期内表现出线性调频的特性,具有很强的自相关性,在求自相关提取信号时具有很好的抗干扰能力,消除了多径效应的影响。线性调频信号时域图。图1中,横轴是时间,纵轴是频率。接收数据时,利用了脉冲压缩理论,匹配滤波可以在很短的时间内获得很大的能量,接收机通过对能量的捕获能够把数据符号提取出来。线性调频信号经过脉冲压缩之后的窄脉冲信号。

  1.2 2次测距法(TWR, Two Way Ranging)

  当2个节点的时钟不同步时,运用2次测距法(TWR)能精确地测出两者之间的距离。

  2远程控制系统设计

  远程控制系统由两部分组成:手持的遥控器和安装在车上的控制器。图4、图5分别是遥控器的系统框图、示意图。遥控器由电源模块、通信模块、显示模块、单片机、按键、加速度计、振动电动机等组成。控制器的系统框图,由电源模块、单片机、通信模块、IO输入输出模块等组成。

  采用Nanotron公司的NASTRI作为通信收发芯片[}z,al,工作于2.4 GHz ISM频段,采用CSS扩频技术,具有测距功能,硬件支持频分多址FDMA,带有3个非叠加频率通道和7个叠加通道,支持125 k2M饰S的可配通信速率。

  3车辆定位

  只要能确定d1,d2,d3,就能根据余弦定理计算出相对角度,从而知道控制器所在车辆相对于遥控器的角度和距离。在B点,遥控器通过测距功能确定车辆的相对距离,但还不能确定车辆的相对方位,因为存在左右对称的2个位置。此时偏离前进方向走动,到C点时,遥控器就能确定车辆方位了。

  4车辆远程遥控

  本系统支持双向通信,通信速率在125 k2 Mbps可配置,通信距离大于300 m,能实现RISE功能和车辆与遥控器间信息交互功能。在有效通信范围内,系统都能遥控解锁上锁,并能通过设置RISE的有效工作范围,解决因误按动作带来的安全问题。

  以遥控解锁为例说明,具体步骤如下。

  1)按下遥控器中的Unlock键。

  2)遥控器向控制器发出测距请求。

  3)控制器收到信息之后,发送测距响应。

  4)遥控器将测量得的距离与设定门限(假设:50 m)比较,如果大于50 m,在显示屏上提示遥控超出距离。如果小于等于50 m,遥控器发送解锁命令给控制器。

  5)控制器收到解锁信息,验证遥控器的有效性。

  6)确认遥控器有效之后,发出解锁命令,并发送解锁结果给遥控器。

  7)遥控器收到控制器发送的信息,并在显示屏上提示车辆已解锁。5车辆信息远程交互

  本系统的通信距离大于300 m,在有效通信范围内,实现基于无线双向通信的信息交互。如:可以在进入车辆前控制空调,调节车内温度;调节座椅、转向盘等个性化设置;能获得一些车辆的信息,如电池电压、车内外温度等;在车辆有突发情况时,发送信息给遥控器,遥控器通过振动电动机警示。

  以获得车辆电池电压信息为例,具体步骤如下。

  1)在遥控器中选中车辆信息中的电池电压选项,遥控器向控制器发送获取电池电压请求。 2)控制器收到请求后,验证遥控器的有效性。

  3)确认遥控器有效性之后,控制器计算电池的电压,并把结果发送给遥控器。

  4)遥控器收到电池电压值后,显示在显示屏上。6车辆远程控制试验文中的系统在试验车上.选择马路边进行了试验验证。选取的测量距离分别是50m, 70m, 100m,150m, 200m, 250m, 300m,在每个点测量20次。

  从试验结果可以得出如下结论:距离越远,距离测量精度越低,通信的丢帧率越高。在300 m距离时,测距精度不超过2m;在50 m距离时,不超过1m。能够满足目前功能的需要,通过软件处理能够进一步提高系统的性能。

  5结论

  本文提出的基于线性调频信号扩频技术的车辆远程控制系统,不仅可以定位车辆,还延长了传统RISE的遥控距离,并可远程获得车辆的实时信息。大大提高了操控的舒适性,是目前Telematics系统的一个很好的补充,对车辆安全控制具有长远的意义。

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