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檢測行車狀況異常的方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發明涉及車載設備，其公開了一種檢測行車狀況異常的方法和裝置，所述方法包括：接收前方車輛發射的射頻信號；對所述射頻信號進行數字下變頻以獲得基帶數字信號；對基帶數字信號進行頻率偏差檢測以得到接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差；判斷頻率偏差是否達到設定的閾值；響應于判斷結果為是，則確定前方行車狀況異常。檢測行車狀況異常的方法簡單易行、能夠滿足實時性的要求，從而有效地防止車輛追尾。
【專利說明】檢測行車狀況異常的方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及車載設備，特別涉及檢測行車狀況異常的方法和裝置。
【背景技術】[0002]目前，車輛追尾的交通事故時有發生，追尾事故在整個交通事故中占很大的比例， 已成為交通事故的“第一殺手”，即使是輕微的碰撞，出事者也需要付出時間的代價，而在高速公路上的連環追尾現象，往往要付出生命的代價。
[0003]現有的車輛防追尾系統可以歸納為兩種類型:基于雷達或聲納原理的探測裝置和基于通信網絡的防碰撞系統。其中基于雷達或聲納原理的探測裝置向一定的方向發射光波、電磁波或超聲波，這些波遇到障礙物產生反射，反射回來的波可以被探測裝置檢測到， 根據波發射和接收之間的時間差，可以計算障礙物相對于探測裝置的距離，通過測量接收到的反射波的多普勒頻移，可以估算障礙物之于探測裝置的相對速度。然而這類裝置結構復雜，實現成本高，只能探測到直接暴露在視線(line of sight)范圍內的物體,在高速公路的應用場景中，只能對緊鄰的前方車輛進行探測，無法對間隔著其他車輛的更前方的車輛作出感知。
[0004]基于通信網絡的防碰撞系統可以進一步分為兩個子類:
[0005]?一類是基于自組無線網絡(Ad-hoc network)進行車間通信的防碰撞系統，在行駛狀態中一定范圍內的車輛通過無線通信組成臨時的網絡來進行信息交互，由于自組無線網本身的網絡成員和信道訪問的不確定性，在這類網絡上實現車輛碰撞警告這類實時性要求很高的應用，需要同時實現完善的通信服務質量保證(QoS)機制，因此實現的復雜度和成本都很高。
[0006]?另一類是基于固定部署的無線網絡基礎設施(GPRS，3G，WiFi)的防碰撞系統， 將車輛的即時信息不斷的收集到控制中心，然后基于控制中心的匯總處理和分析，將相關的信息向單個車輛分發或廣播，這種實現方式依賴于完善的基礎設施建設，此外，由于通信鏈路經過后端的控制中心處理，整個傳輸過程中有較大的時延，因此并不適合實時性要求很聞的應用。
[0007]因此，需要一種實現簡單、滿足實時性要求的防止車輛追尾方法。

【發明內容】

[0008]基于上述問題，本發明提供一種檢測行車狀況異常的方法和裝置。
[0009]根據本發明的第一方面，提供一種檢測行車狀況異常的方法，所述方法包括:接收前方車輛發射的射頻信號；對所述射頻信號進行數字下變頻以獲得基帶數字信號；對基帶數字信號進行頻率偏差檢測以得到接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差；
[0010]判斷頻率偏差是否達到設定的閾值；響應于判斷結果為是，則確定前方行車狀況異常。[0011]根據本發明的第二方面，提供一種檢測行車狀況異常的裝置，所述裝置包括:接收 模塊，被配置為接收前方車輛發射的射頻信號；下變頻模塊，被配置為對所述射頻信號進行 數字下變頻以獲得基帶數字信號；頻偏檢測模塊，被配置為對基帶數字信號進行頻率偏差 檢測以得到接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差；頻率比較模 塊，被配置為判斷頻率偏差是否達到設定的閾值；報警模塊，被配置為響應于判斷結果為 是，則確定前方行車狀況異常。
[0012]根據本發明實施例的檢測行車狀況異常的方法實現簡單、能夠滿足實時性的要 求，從而有效地防止車輛追尾。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]結合附圖，通過參考下列詳細的示例性實施例的描述，將會更好地理解本發明本 身、優選的實施方式以及本發明的目的和優點，其中:
[0014]圖1示出了適于用來實現本發明實施方式的示例性計算系統100的框圖；
[0015]圖2示出根據本發明實施例檢測行車狀況異常的方法；
[0016]圖3示出根據本發明實施例的檢測行車狀況異常的車載發射器的實現框圖；
[0017]圖4示出根據本發明實施例的檢測行車狀況異常的車載接收器的實現框圖；
[0018]圖5示出根據本發明的第一實施例實現頻率偏差檢測的框圖；
[0019]圖6示出根據本發明的第二實施例實現頻率偏差檢測的框圖；
[0020]圖7示出根據本發明的第三實施例進行實現頻率偏差檢測的框圖；
[0021]圖8示出根據本發明實施例的車載發射器的天線增益特性示意圖；以及
[0022]圖9示出根據本發明實施例檢測行車狀況異常的裝置900。
【具體實施方式】
[0023]下面將參照附圖更詳細地描述本公開的優選實施方式。雖然附圖中顯示了本公開 的優選實施方式，然而應該理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施方 式所限制。相反，提供這些實施方式是為了使本公開更加透徹和完整，并且能夠將本公開的 范圍完整的傳達給本領域的技術人員。
[0024]圖1示出了適于用來實現本發明實施方式的示例性計算系統200的框圖。如圖1 所示，計算機系統100可以包括:CPU (中央處理單元)10URAM (隨機存取存儲器)102,ROM (只讀存儲器)103、系統總線104、硬盤控制器105、鍵盤控制器106、串行接口控制器107、并 行接口控制器108、顯示控制器109、硬盤110、鍵盤111、串行外部設備112、并行外部設備 113和顯示器114。在這些設備中，與系統總線104耦合的有CPU IOU RAM 102、ROM 103、 硬盤控制器105、鍵盤控制器106、串行控制器107、并行控制器108和顯示控制器109。硬 盤110與硬盤控制器105耦合，鍵盤111與鍵盤控制器106耦合，串行外部設備112與串行 接口控制器107耦合，并行外部設備113與并行接口控制器108耦合，以及顯示器114與顯 示控制器109耦合。應當理解，圖1所述的結構框圖僅僅是為了示例的目的，而不是對本發 明范圍的限制。在某些情況下，可以根據具體情況增加或減少某些設備。
[0025]所屬【技術領域】的技術人員知道，本發明可以實現為系統、方法或計算機程序產品。 因此，本公開可以具體實現為以下形式，即:可以是完全的硬件、也可以是完全的軟件(包括固件、駐留軟件、微代碼等)，還可以是硬件和軟件結合的形式，本文一般稱為“電路”、“模 塊”或“系統”。此外，在一些實施例中，本發明還可以實現為在一個或多個計算機可讀介質 中的計算機程序產品的形式，該計算機可讀介質中包含計算機可讀的程序代碼。
[0026]可以采用一個或多個計算機可讀的介質的任意組合。計算機可讀介質可以是計 算機可讀信號介質或者計算機可讀存儲介質。計算機可讀存儲介質例如可以是一但不限 于——電、磁、光、電磁、紅外線、或半導體的系統、裝置或器件，或者任意以上的組合。計算 機可讀存儲介質的更具體的例子(非窮舉的列表)包括:具有一個或多個導線的電連接、便 攜式計算機磁盤、硬盤、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)、可擦式可編程只讀存儲 器(EPR0M或閃存)、光纖、便攜式緊湊磁盤只讀存儲器(CD-ROM)、光存儲器件、磁存儲器件、 或者上述的任意合適的組合。在本文件中，計算機可讀存儲介質可以是任何包含或存儲程 序的有形介質，該程序可以被指令執行系統、裝置或者器件使用或者與其結合使用。
[0027]計算機可讀的信號介質可以包括在基帶中或者作為載波一部分傳播的數據信號， 其中承載了計算機可讀的程序代碼。這種傳播的數據信號可以采用多種形式，包括——但 不限于——電磁信號、光信號或上述的任意合適的組合。計算機可讀的信號介質還可以是 計算機可讀存儲介質以外的任何計算機可讀介質，該計算機可讀介質可以發送、傳播或者 傳輸用于由指令執行系統、裝置或者器件使用或者與其結合使用的程序。
[0028]計算機可讀介質上包含的程序代碼可以用任何適當的介質傳輸，包括一但不限 于一無線、電線、光纜、RF等等，或者上述的任意合適的組合。
[0029]可以以一種或多種程序設計語言或其組合來編寫用于執行本發明操作的計算機 程序代碼，所述程序設計語言包括面向對象的程序設計語言一諸如Java、Smalltalk、C++， 還包括常規的過程式程序設計語言一諸如”C”語言或類似的程序設計語言。程序代碼可以 完全地在用戶計算機上執行、部分地在用戶計算機上執行、作為一個獨立的軟件包執行、部 分在用戶計算機上部分在遠程計算機上執行、或者完全在遠程計算機或服務器上執行。在 涉及遠程計算機的情形中，遠程計算機可以通過任意種類的網絡一包括局域網(LAN)或 廣域網(WAN)—連接到用戶計算機，或者，可以連接到外部計算機(例如利用因特網服務提 供商來通過因特網連接)。
[0030]下面將參照本發明實施例的方法、裝置(系統)和計算機程序產品的流程圖和/或 框圖描述本發明。應當理解，流程圖和/或框圖的每個方框以及流程圖和/或框圖中各方 框的組合，都可以由計算機程序指令實現。這些計算機程序指令可以提供給通用計算機、專 用計算機或其它可編程數據處理裝置的處理器，從而生產出一種機器，這些計算機程序指 令通過計算機或其它可編程數據處理裝置執行，產生了實現流程圖和/或框圖中的方框中 規定的功能/操作的裝置。
[0031]也可以把這些計算機程序指令存儲在能使得計算機或其它可編程數據處理裝置 以特定方式工作的計算機可讀介質中，這樣，存儲在計算機可讀介質中的指令就產生出一 個包括實現流程圖和/或框圖中的方框中規定的功能/操作的指令裝置(instruction means)的制造品(manufacture)。
[0032]也可以把計算機程序指令加載到計算機、其它可編程數據處理裝置、或其它設備 上，使得在計算機、其它可編程數據處理裝置或其它設備上執行一系列操作步驟，以產生計 算機實現的過程，從而使得在計算機或其它可編程裝置上執行的指令能夠提供實現流程圖和/或框圖中的方框中規定的功能/操作的過程。
[0033]圖2示出根據本發明實施例檢測行車狀況異常的方法，該方法包括:在步驟S201， 接收前方車輛發射的射頻信號；在步驟S202，對所述射頻信號進行數字下變頻以獲得基帶 數字信號；在步驟S203，對基帶數字信號進行頻率偏差檢測以得到接收到的射頻信號與前 方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差；在步驟S204，判斷頻率偏差是否達到設定的閾 值；在步驟S205，響應于判斷結果為是，則確定前方行車狀況異常。
[0034]在步驟S201，接收前方車輛發射的射頻信號，根據本發明的實施例，位于前方車輛 的發射器通過定向天線不斷地向后方發射射頻信號，發射器和接收器預先約定在一個固定 的射頻載波頻率fc和基帶數字信號的參考調制頻率fs，其中(fc>>fs)，圖3示出根據本發 明實施例的檢測行車狀況異常的車載發射器的實現框圖，其中SI是調制在頻率fs上的數 字基帶信號，SI可以是偽隨機序列或者復單一信號。在發射器端，本地振蕩器(L0)304產 生載波頻率fc_local，不同收發機的載波頻率分別來自各自的本地振蕩器，同參考載波頻 率fc之間都存在一定的頻率偏差，因此需要根據GPS接收機提供參考時鐘信號，用數字鎖 相環(DPLL)來糾正這種頻率偏差，保證來自不同發射器的空口信號都承載在準確的載波 頻率fc上。數字鎖相環302根據來自本地振蕩器304的參考時鐘和來GPS接收機303的 標準參考時鐘，得到頻率偏差fc-fc_l0cal，即該發射器相對約定的載波頻率fc的頻率誤 差。該頻率偏差做為數控振蕩器(NCO) 301的輸入，對需要發射的基帶數字信號SI進行數 字頻率校正，校正后的基帶參考信號S2被調制在頻率fs+fc-fc_l0cal，然后通過數模轉換 器305轉換為模擬信號S3，作為模擬射頻前端306的輸入。射頻前端的載波頻率為根據本 振參考頻率產生的fc_local，模擬信號S3通過射頻前端產生的空口射頻信號S4被調制在 fc_local+ (fs+fc-fc_local) =fs+fc,從而保證來自不同發射機的基帶參考信號都被準確 地在載波fc上發射出去。
[0035]在步驟S202，對所述射頻信號進行數字下變頻以獲得基帶數字信號，圖4示出根 據本發明實施例的檢測行車狀況異常的車載接收器的實現框圖，其中本地振蕩器、數字鎖 相環和數控振蕩器的功能同圖3中發射器的對應部件相同，在此不一一贅述。接收器的射 頻前端401接收到多路混合信號SI’，其中每路信號的頻率為fs+fc+A fi，(l<=i<=N)，A f i表示當前車輛接收N輛前車發射的射頻信號對應的多普勒頻移。fs+fc+Af i在射頻前 端的混頻器中與來自本地振蕩器402的本振頻率fc_local進行混頻后，輸出信號S2’的頻 率變為fs+fc+ A f1-fc_local0信號S2’經過模數轉換器405轉為數字信號S3’，數字鎖相 環403根據來自本地振蕩器402的參考時鐘和來GPS接收機404的標準參考時鐘，得到頻率 偏差fc-fc_local。數控振蕩器(NCO) 406基于數字信號S3’和該頻率偏差fc-fc_local，將 數字信號S3’從fc載波上卸載下來，使輸出的數字基帶信號S4，的頻率變為(fs+fc+ A f 1-fc_local)-(fc-fc_local)=fs+ A fi, (l〈=i〈=N)。
[0036]進一步，將該基帶數字信號S4，輸入到頻偏檢測器407，根據本發明的一個實施 例，在將基帶數字信號S4’輸入到頻偏檢測器407之前，可以先經過低通濾波器去除干擾雜 波，從而得到干凈的基帶數字信號S5。
[0037]在頻偏檢測器407中實現步驟S203，對基帶數字信號進行頻率偏差檢測以得到接 收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差。位于當前車輛的接收器接收 到來自前方N輛車的發射器發射的射頻信號，由于每輛車同當前車的相對速度各不相同，產生的頻率偏差Af?也不各不相同。在此利用多普勒效應(Doppler effect)計算頻率偏差，多普勒效應的原理是當發射源與接收體之間存在相對運動時，接收體接收的發射源發射信息的頻率與發射源發射信息頻率不相同，這種現象稱為多普勒效應，接收頻率與發射頻率之差稱為多普勒頻移(Doppler shift)。波的傳播也存在多普勒效應，當波源與接收體之間有相對運動時，接收體接收的波頻率f'與波源頻率f存在多普勒頻移A f，即:
[0038]Af = f' -f,
[0039]當接收體與波源相互靠近時，接收頻率f'大于發射頻率f，即:Af > O。
[0040]當接收體與波源相互遠離時，接收頻率f'小于發射頻f，即:Af<0。
[0041]可以證明若接收體與波源相互靠近或相互遠離的速度為V，波速為c(c>>v)，則接收體接收波的多普勒頻移為:
[0042]kf=f -f=f ? v/c,
[0043]其中v為接收體與波源的相對速度，兩者相互靠近時該速度取正，相互遠離時該速度取負。
[0044]根據本發明的一個實施例可以在時域中實現對基帶數字信號進行頻率偏差檢測， 該方法包括:獲取基帶數字信號相鄰的第一采樣點和第二采樣點；將第一采樣點表示為第一復向量；將第二采樣點表示為第二復向量；計算第一復向量和第二復向量的相位差；根據所述相位差計算出接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差。
[0045]根據本發明的另一個實施例可以實現在時域中對基帶數字信號進行頻率偏差檢測，該方法包括:獲取基帶數字信號的連續多個采樣點；將所述連續多個采樣點表示為復向量；計算連續多個采樣點中相鄰采樣點對應的復向量之間的相位差；對所述相位差進行加權平均以獲得平均相位差；根據所述平均相位差計算出接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差。
[0046]圖5示出根據本發明的第一實施例實現頻率偏差檢測的框圖，發射器NCO輸入的數字基帶信號SI以數字復單一信號為例，數字復單一信號是對連續復單一信號進行采樣而產生的離散信號。連續復單一信號x(t)的頻率為fs，x(t)表示為:
[0047]X (t) =cos (2 fst) +jsin (2 n fst) ； (I)
[0048]數字采樣的頻率為fk，(fk≤2fs),產生的數字復單一信號為:
【權利要求】
1.一種檢測行車狀況異常的方法，所述方法包括:接收前方車輛發射的射頻信號；對所述射頻信號進行數字下變頻以獲得基帶數字信號；對基帶數字信號進行頻率偏差檢測以得到接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差；判斷頻率偏差是否達到設定的閾值；響應于判斷結果為是，則確定前方行車狀況異常。
2.根據權利要求1所述的方法，對基帶數字信號進行頻率偏差檢測以得到接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差包括:獲取基帶數字信號相鄰的第一采樣點和第二采樣點；將所述第一米樣點表不為第一復向量；將所述第二采樣點表示為第二復向量；計算所述第一復向量和第二復向量的相位差；根據所述相位差計算出接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏 差。
3.根據權利要求1所述的方法，對基帶數字信號進行頻率偏差檢測以得到接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差包括:獲取基帶數字信號的連續多個采樣點；將所述連續多個采樣點表示為復向量；計算連續多個采樣點中相鄰采樣點對應的復向量之間的相位差；對所述相位差進行加權平均以獲得平均相位差；根據所述平均相位差計算出接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差。
4.根據權利要求1所述的方法，對基帶數字信號進行頻率偏差檢測以得到接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差包括:獲取基帶數字信號的采樣點，對所述基帶數字信號的采樣點進行時頻變換，以獲得與一組頻率點對應的一組幅值； 將所述幅值與預先設定的有效幅值進行比較；過濾出大于所述有效幅值的幅值對應的頻率點；根據過濾出的頻率點對應的頻率和基帶數字信號的參考調制頻率計算出過濾出的頻率點對應的頻率差值；選取最大的頻率差值作為接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的方法，其中在對基帶數字信號進行頻率偏差檢測之前還包括對所述基帶數字信號進行低通濾波。
6.根據權利要求5所述的方法，還包括通過定向天線向后方車輛發射射頻信號。
7.—種檢測行車狀況異常的裝置，所述裝置包括:接收模塊，被配置為接收前方車輛發射的射頻信號；下變頻模塊，被配置為對所述射頻信號進行數字下變頻以獲得基帶數字信號；頻偏檢測模塊，被配置為對基帶數字信號進行頻率偏差檢測以得到接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差；頻率比較模塊，被配置為判斷頻率偏差是否達到設定的閾值；確定模塊，被配置為響應于判斷結果為是，則確定前方行車狀況異常。
8.根據權利要求7所述的裝置，其中所述頻偏檢測模塊包括:采樣點獲取模塊，被配置為獲取基帶數字信號相鄰的第一采樣點和第二采樣點；復向量表示模塊，被配置為將所述第一采樣點表示為第一復向量，將所述第二采樣點表示為第二復向量；相位差計算模塊，被配置計算所述第一復向量和第二復向量的相位差；頻率偏差計算模塊，被配置為根據所述相位差計算接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差。
9.根據權利要求7所述的裝置，其中所述頻偏檢測模塊包括:采樣點獲取模塊，被配置為獲取基帶數字信號的連續多個采樣點； 述連續多個采樣點表示為復向量；相位差計算模塊，被配置為計算連續多個采樣點中相鄰采樣點對應的復向量之間的相位差；平均相位差獲得模塊，被配置為對所述相位差進行加權平均以獲得平均相位差；頻率偏差計算模塊，被配置為根據所述平均相位差計算接收到的射頻信號與前方車輛發射的射頻信號之間的頻率偏差。
10.根據權利要求7所述的裝置，其中所述頻偏檢測模塊包括:采樣點獲取模塊，被配置為獲取基帶數字信號的采樣點；時頻變換模塊，被配置為對所述基帶數字信號的采樣點進行時頻變換，以獲得與一組頻率點對應的一組幅值；幅值比較模塊，被配置為將所述幅值與預先設定的有效幅值進行比較；頻率點過濾模塊，被配置為過濾出大于所述有效幅值的幅值對應的頻率點；頻率偏差計算模塊，被配置為根據過濾出的頻率點對應的頻率和基帶數字信號的參考調制頻率計算出過濾出的頻率點對應的頻率差值，以及選取最大的頻率差值作為所述頻率偏差。
11.根據權利要求7至10中任一項所述的裝置，還包括低通濾波模塊，被配置為在對基帶數字信號進行頻率偏差檢測之前對所述基帶數字信號進行低通濾波。
12.根據權利要求11所述的裝置，還包括發射模塊，被配置為通過定向天線向后方車輛發射射頻信號。
【文檔編號】G01S13/93GK103576140SQ201210270010
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月31日 優先權日:2012年7月31日
【發明者】胡國強, 梅立軍, 袁昱, 楊博, 程鑫豪 申請人:國際商業機器公司