Диссертация (Радиолокационная система обеспечения безопасности движения наземных транспортных средств), страница 3

Определена структурапогрешностей АРЛС.В главе 4 сформулированы основные задачи обработки радиолокационныхданных в АРЛС, разработан и экспериментально проверен алгоритм измерениярасстояния до границ дороги и определения ориентации автомобиля на дороге,дана оценка допустимой погрешности измерения расстояния до обочины. Приведены результаты разработки и экспериментальной проверки многоканальногоследящего обнаружителя распределённой цели (обочины дороги) с использованием априорной информации.В заключении приведены основные результаты диссертационной работы.131 Постановка задачи исследования1.1 Анализ состояния проблемыС развитием автомобилестроения во всем мире существенно увеличиласьинтенсивность и плотность транспортных потоков на дорогах при одновременномвозрастании средней скорости движения.

При этом резко возрастает число аварийи дорожно-транспортных происшествий (ДТП). В результате ДТП превратились водну из серьезнейших проблем мирового масштаба, для решения которой ведетсяпоиск способов повышения безопасности дорожного движения.Рассматривая причины ДТП можно выделить следующие их основные типы: неисправность транспортного средства, невнимательность водителя, недостаточная информированность водителя о дорожной ситуации. Так, по данным американского агентства NTHSA [2,9], указанные ДТП чаще всего связаны с невнимательностью водителя (68%), с несоблюдением дистанции (19%), а также с недостаточной информацией, получаемой водителем во время движения.Степень информированности водителя о ситуации на дороге находится впрямой зависимости от условий оптической видимости, таких как:- освещённость дороги и обочины;- наличие качественной разметки и указателей;- степень загрязнённости остекления кабины;- наличие гидрометеообразований (сильного снегопада, ливневых дождей, тумана), смога, пыли и других мешающих факторов.Как правило, эти негативные факторы действуют в совокупности, что повышает риск ДТП и при определённых условиях делает эту причину аварии наиболее вероятной.

Так, например, ночью наряду с плохой освещённостью можетприсутствовать и туман, а зимой к идущему снегу, короткому световому дню добавляются вечно забрызганные и обледеневшие стекла, в том числе и стекла фар,а также ослепляющий свет встречных автомобилей.14Причём из всего парка автомобилей можно выделить те, которые наиболеечасто подвергаются действию этих негативных факторов. Так если обычный легковой автомобиль, принадлежащий частному водителю, эксплуатируется преимущественно в светлое время суток, то, например, магистральный тягач или междугородний автобус эксплуатируются всесезонно, причём зачастую именно втёмное время суток, когда дороги свободнее.

Кроме того, для целого ряда специальных транспортных средств (машины скорой помощи, полиции, пожарные машины, машины перевозки специальных грузов), необходимо осуществлять всепогодное и круглосуточное движение, причём с достаточно высокими скоростями( 60 км/час) в условиях действия всех выше перечисленных негативных факторов.Особенно актуальна эта задача при эксплуатации автомобилей в условияхКрайнего Севера по зимним трассам (где очень высока вероятность снегопада взимний период), а также в песчаных и пустынных районах (где часто бывают песчаные и пыльные бури).Задача улучшить информированность водителя о дорожной ситуации былапоставлена давно, и для ее решения во многих странах предложены программы посозданию и внедрению различных систем, которые помогают водителю управлятьавтомобилем в условиях ограниченной оптической видимости, а в будущем иполностью заменили бы его [3,5,6,7,9,52,55].

В России, Германии, США, Японии,Франции, начиная с 90-х годов прошлого века, ведётся большое количество научно-исследовательских работ по созданию различных систем и датчиков, позволяющих снизить вероятность дорожно-транспортных происшествий (ДТП).По большому счёту специалисты в области автомобильной электроникиконцентрируют свои усилия на двух направлениях – развитие информационногообеспечения дорожной инфраструктуры и создание «разумного» автомобиля, которые, тесно связаны между собой. Пожалуй, сегодня наиболее продуктивно развиваются информационные технологии «разумного» автомобиля. Остановимся нанекоторых из них.15Например, эту задачу стараются решить путём установки на автомобиль«умных» оптических средств, а также путём внедрения инфракрасных системночного видения, как активных, так и пассивных.

Например, в 2000 году компания General Motors (GM) совместно с компанией Raytheon Systems создала пассивную инфракрасную систему “Night Vision” [2,9,13]. Эта система, фиксируя естественное тепловое излучение объекта, дает водителю возможность контролировать дорожную обстановку на расстоянии в два раза большем, чем то, котороеспособны осветить самые современные фары в режиме дальнего света.

Однако, встранах с высокой среднесуточной температурой воздуха - более 150 - 200, система “Night Vision” может оказаться неработоспособной.В 2009 году компания Mercedes-Benz стала устанавливать на свои автомобили активные инфракрасные системы “Night View Assist Plus”, которые обеспечивают качественное изображение дороги и пешеходов на дальности до 250 м[10].

Однако, применение в таких системах неохлаждаемых тепловизоров делаетих работу зависимыми от погодных условий. Так, при слабом тумане дальностьвидимости составляет 500-1000 м, а при сильном тумане или сильной песчанойбуре может снижаться до десятков и даже нескольких метров.Недостаток этих решений очевиден – из всех негативных факторов, снижающих оптическую видимость, они борются только с недостаточной освещённостью. Поэтому известные методы решения задачи повышения безопасностидвижения с помощью установки на автомобиль оптических и ИК датчиков, работающих в различных световых диапазонах, малоэффективны в сложных погодных условиях, при наличии дыма, пыли, а ультразвуковые датчики ограничены вдальности действия.Таким образом, основным путём решения актуальной проблемы повышения безопасности движения, в условиях отсутствия или ограниченной оптическойвидимости, является использование на автомобиле радиолокационного датчикамиллиметрового (ММ) диапазона длин волн, работа которого не зависит ни отвремени суток, ни от погодных условий (снег, дождь, туман), ни от наличия дыма,пыли.16За последнее десятилетие основные исследования и разработки в областисоздания автомобильного радара были сосредоточены на освоении следующихдиапазонов частот [4-8]: 24 ГГц – для радара ближней дальности (SRR, до 50 м),76 - 77 ГГц для радара большой дальности (LRR, 150 – 200 м).

В последнее времяведутся активные исследования в области использования диапазона 79 ГГц [11].При этом освоение нового частотного диапазона 77 – 81 ГГц осуществляется сцелью уменьшения массогабаритных характеристик радара при сохранении высокой информативности изображения. Однако, стоимость СВЧ модулей в этом диапазоне пока высока, что снижает коммерческий эффект внедрения.До сих пор функции автомобильного радара были направлены преимущественно на повышение удобства и безопасности вождения. В частности, это применение автомобильного радара в качестве сенсоров адаптивной системы поддержания заданной скорости (адаптивный круиз-контроль), системы предупрежденияоб опасности столкновения в полосе движения.

Например, компания Audi предлагает технологию, обладающую возможностью «предвидения» аварии - Audi presense [10]. Так, адаптивный круиз-контроль включает в себя не только функциюStop & Go и систему безопасности “Audi pre sense front , но и функцию автоматического поддержания дистанции (на скорости от 0 до 250 км/ч). Компания DelphiAutomotive предлагает электронно-сканирующий радар ESR (Electronically Scanning Radar), работающий в двух режимах: среднем и дальнем диапазоне дальностей [6,10]. При работе в среднем диапазоне (режим SRR) на дальности до 60 мESR позволяет обнаруживать автомобили и пешеходов, а в дальнем диапазоне(режим LRR) на дальности до 174 м - определяет дальность и скорость до 64 объектов на пути движения автомобиля.Несомненно, широкому внедрению автомобильного радара способствовалиуспехи исследователей и инженеров различных стран, в развитии современныхтехнологий создания СВЧ модулей радаров в виде Monolithic Microwave IntegratedCircuit (MMIC), которые базируется на использовании SiGe и GaAs технологий, атакже в развитии высокоскоростных аналогово-цифровых (АЦП) и цифроаналоговых (ЦАП) преобразователей для микроконтроллеров.17Основные технические требования к автомобильному радару сводятся к необходимости обеспечить требуемую дальность действия, которая для современных автомобилей должна составлять не менее 250 м; обеспечить высокое пространственное разрешение (по дальности – менее 1м, и по углу азимута: 0.7 - 10),обеспечить необходимый темп обзора пространства перед автомобилем – не менее 10 гц.Если азимутальное разрешение автомобильного радара не позволяет однозначно определить находится ли посторонний объект внутри полосы движенияперед автомобилем (или, например, припаркован на обочине), то такая системабудет постоянно требовать остановки, либо снижения скорости для решения задачи безопасного проезда другими средствами, имеющими меньшую дальность видения в сложившихся погодных условиях.