线性调频扩频技术在车辆远程控制上的应用分析论文

发布网友发布时间：2022-11-19 00:03

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热心网友时间：2024-10-29 06:31

　　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*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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