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一種道路交通監(jiān)控雷達(dá)及其實現(xiàn)方法

文檔序號:9545983閱讀:1269來源:國知局
一種道路交通監(jiān)控雷達(dá)及其實現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及道路交通監(jiān)控雷達(dá)及其實現(xiàn)方法,特別涉及一種基于FMSK體制的道 路交通監(jiān)控雷達(dá)裝置及其實現(xiàn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,中國的公路交通交通取得了飛速的發(fā)展,汽車的產(chǎn)量和保 有量連年創(chuàng)新歷史新高,所以道路交通的管理和科學(xué)的引導(dǎo)變得尤其重要,智能交通的概 念也提上議事日程。面對交通日益嚴(yán)重的問題,傳統(tǒng)的解決方式越來越顯示出其局限性,而 融入了信息技術(shù)的智能交通新領(lǐng)域,則逐步開始被全世界關(guān)注并大力發(fā)展建設(shè);實踐證明, 智能交通系統(tǒng)將會成為未來交通的發(fā)展方向,這一交通領(lǐng)域的變革也將逐步改變現(xiàn)行交通 帶來的諸多問題。
[0003] 雷達(dá)在智能交通中將發(fā)揮重要作用。車輛類型千差萬別,車輛行駛的速度變化范 圍很大。道路多樣,路況復(fù)雜,車輛種類繁多,使用情況多種多樣。現(xiàn)在廣泛使用的是連續(xù) 波多普勒雷達(dá),其由天線、射頻電路收發(fā)系統(tǒng)、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字信號處理模塊組成。天線 用于向目標(biāo)物發(fā)射信號,并接收目標(biāo)物的反射信號;射頻電路收發(fā)系統(tǒng)用于將所述天線的 發(fā)射信號和接收信號混頻;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊用于將所述混頻后的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號; 對目標(biāo)回波信號進(jìn)行傅里葉變換,獲得目標(biāo)回波信號的頻譜信號,從而得到目標(biāo)物的實際 速度。
[0004] 傳統(tǒng)的交通測速雷達(dá)只測量車輛的速度信息,雷達(dá)只能區(qū)分波束限定范圍內(nèi)的目 標(biāo)與限定范圍外的目標(biāo),當(dāng)雷達(dá)波束限定范圍內(nèi)有大于一輛車時,不能把速度信息與車輛 對應(yīng),另外由于目標(biāo)的RCS (雷達(dá)散射截面)不同,與雷達(dá)距離遠(yuǎn)近不同,很容易造成雷達(dá)主 波束內(nèi)的小目標(biāo)信號能量小于波束副瓣內(nèi)大目標(biāo)的能量,所以特別容易造成虛警和漏警, 即雷達(dá)探測的速度信息并不能和車輛目標(biāo)一一對應(yīng),這對現(xiàn)代交通管理和引導(dǎo)帶來不便。
[0005] 國內(nèi)目前在用的交通用雷達(dá)均為連續(xù)波多普勒雷達(dá),均采用多普勒測速的方法。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中,有一種微波測速雷達(dá)動態(tài)測量速度的方法(公布號: CN103869305A),實現(xiàn)了在移動中測量機(jī)動車速度的方法。一種基于角度補(bǔ)償?shù)睦走_(dá)測速裝 置及方法(公布號:CN103885056A),在所述雷達(dá)測速裝置中增加傾角傳感器,并根據(jù)所述 傾角傳感器測得的角度修正目標(biāo)物的速度,與傳統(tǒng)的雷達(dá)測速裝置相比,提高了速度測量 的準(zhǔn)確性。一種連續(xù)波測速雷達(dá)(公布號:CN104251992A),主要應(yīng)用于公路交通測速領(lǐng)域, 可實時檢測每個過往車輛的真實速度。但上述的多種方法或裝置都只對單目標(biāo)測速。
[0007] -種公路車輛監(jiān)測用窄波束測速雷達(dá)組(公布號:CN101520510),將多個雷 達(dá)合理地組合在一起,解決了多個雷達(dá)協(xié)同工作的問題,但是需要多個雷達(dá)裝置,增加 了成本,且多目標(biāo)處理能力不佳。一種單雷達(dá)多車道智能測速方法及其系統(tǒng)(公布號: CN104424804A),需要雷達(dá)檢測車輛記錄與視頻檢測車輛記錄進(jìn)行判斷,確定與雷達(dá)觸發(fā)相 匹配的視頻觸發(fā),并進(jìn)而確定車輛速度;此方法增加了雷達(dá)設(shè)備及其相應(yīng)的調(diào)試和標(biāo)定工 作,比較復(fù)雜。
[0008] -種具有車輛方向辨別功能的測速雷達(dá)系統(tǒng)(公布號:CN102445689A),不 能識別多目標(biāo)。一種高精度測速測距激光雷達(dá)系統(tǒng)及測速測距方法(授權(quán)公告號: CN101236253B),可以獲取目標(biāo)的速度和距離信息,但是多目標(biāo)處理能力和全天候工作特 性不佳,影響在惡劣環(huán)境下的使用。一種編碼跳頻測距測速方法及雷達(dá)(授權(quán)公告號: CN100370276C),,可以得到距離、速度信息,但是容易出現(xiàn)虛假目標(biāo)和多目標(biāo)處理能力。基 于對稱三角LFMCW雷達(dá)的高精度實時微波測速測距裝置(公布號:CN103630888A),實現(xiàn)了 對稱三角LFMCW雷達(dá)對運(yùn)動目標(biāo)同時高精度測速和測距;但是該方法處理比較復(fù)雜,成本 較高,功耗大,運(yùn)算量大。
[0009] -種用于多個目標(biāo)的間距和相對速度測量的方法和裝置(授權(quán)公告號:CN 100538395C),根據(jù)FMCW原理工作,在處理多目標(biāo)問題時常采用不同斜率,利用不同的上升 斜坡和下降斜坡來獲得目標(biāo)的距離和速度信息,在一定程序上解決了距離速度耦合問題, 但是在密集車流量的情況下,其多目標(biāo)分辨力、目標(biāo)識別能力、及虛警率和漏警率都不能滿 足智能交通的需求,另外在處理多目標(biāo)時也有如下不足:
[0010] -、多目標(biāo)分辨率不高,密集目標(biāo)時不能正確分辨;
[0011] 二、計算量大,需要多個周期及多個調(diào)制斜率才能真正得到目標(biāo)的距離和速度信 息;
[0012] 三、容易出現(xiàn)假目標(biāo)和丟失真實目標(biāo),在不同調(diào)制斜率的距離速度組合值之間解 算目標(biāo)時,不能正確配對或者誤配對。
[0013] 迄今為止,沒有一種具有生產(chǎn)成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、處理復(fù)雜度低、穩(wěn)定度 高、性能優(yōu)良,而且電路性能可靠的交通用雷達(dá)設(shè)備,能夠勝任超速管理、卡口管理、闖紅燈 管理、交通流量統(tǒng)計等全功能的應(yīng)用要求的作為現(xiàn)代交通安全管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明提出了一種道路交通監(jiān)控雷達(dá)及其實現(xiàn)方法,其基于FMSK體制,對整個車 道上的目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控,獲得雷達(dá)探測范圍內(nèi)所有目標(biāo)的距離、速度、和方位信息,在此基礎(chǔ) 上統(tǒng)計道路的車流量、車速、道路占有率,以及分析車輛的運(yùn)行狀態(tài)和駕駛行為,為智能交 通提供最有效的數(shù)據(jù)來源,科學(xué)引導(dǎo)方便出行。
[0015] 為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明的一個技術(shù)方案是提供一種道路交通監(jiān)控雷達(dá),所述 雷達(dá)的發(fā)射通道包含雷達(dá)信號發(fā)生器,其提供的發(fā)射信號,包含:頻率按照設(shè)定的步進(jìn)值線 性上升的A段信號,和頻率按照相同的步進(jìn)值線性上升的B段信號;A段信號與B段信號具 有不同的起始頻率;
[0016] 所述雷達(dá)的接收通道接收雷達(dá)探測范圍內(nèi)一個或多個目標(biāo)對發(fā)射信號的反射信 號;所述雷達(dá)的接收通道包含混頻器,根據(jù)所述雷達(dá)信號發(fā)生器向其提供的所述發(fā)射信號, 對任意一個目標(biāo)的反射信號進(jìn)行混頻得到相應(yīng)的中頻信號;
[0017] 所述雷達(dá)包含信號處理機(jī),對混頻得到的任意一個中頻信號,根據(jù)中頻信號的頻 率及相位差,求取該中頻信號的相應(yīng)目標(biāo)的距離及速度信息。
[0018] 優(yōu)選地,所述雷達(dá)信號發(fā)生器輸出的發(fā)射信號,經(jīng)過功率放大器放大后,經(jīng)由雷達(dá) 發(fā)射天線輻射到雷達(dá)探測空域;
[0019] 所述雷達(dá)的雷達(dá)接收天線接收的反射信號,傳輸給低噪聲放大器進(jìn)行放大后,提 供給混頻器的第一輸入端;
[0020] 所述雷達(dá)信號發(fā)生器通過耦合器向混頻器的第二輸入端,提供該雷達(dá)信號發(fā)生器 輸出的發(fā)射信號;
[0021] 所述混頻器的輸出信號傳輸?shù)降屯V波器,通過模擬信號處理電路進(jìn)行信號濾波 放大預(yù)處理后,得到相應(yīng)的中頻信號;
[0022] 模擬數(shù)字變換器將中頻信號轉(zhuǎn)為數(shù)字化后,提供給信號處理機(jī)的數(shù)字信號處理器 對數(shù)字化的中頻信號進(jìn)行頻譜分析,獲得該中頻信號的相應(yīng)目標(biāo)的距離及速度信息。
[0023] 優(yōu)選地,所述雷達(dá)信號發(fā)生器生成的發(fā)射信號具有固定斜率的一個頻率段;或者, 所述雷達(dá)信號發(fā)生器生成的發(fā)射信號具有不同斜率的多個頻率段。
[0024] 優(yōu)選地,一個頻率段的固定斜率或多個頻率段各自對應(yīng)的斜率,由雷達(dá)的控制設(shè) 備提供給雷達(dá)信號發(fā)生器的頻率調(diào)制斜率來控制;
[0025] 所述頻率調(diào)制斜率由雷達(dá)的控制設(shè)備制定并提供給雷達(dá)信號發(fā)生器,或者由監(jiān)測 道路交通情況的外部系統(tǒng)制定,并經(jīng)由雷達(dá)的控制設(shè)備提供給雷達(dá)信號發(fā)生器。
[0026] 本發(fā)明的另一個技術(shù)方案是提供一種道路交通監(jiān)控雷達(dá)的實現(xiàn)方法,所述雷達(dá)向 外輻射的發(fā)射信號,包含:頻率按照設(shè)定的步進(jìn)值線性上升的A段信號,和頻率按照相同的 步進(jìn)值線性上升的B段信號;A段信號與B段信號具有不同的起始頻率;
[0027] 所述雷達(dá)接收雷達(dá)探測范圍內(nèi)一個或多個目標(biāo)對發(fā)射信號的反射信號;所述雷 達(dá),對任意一個目標(biāo)的反射信號與所述發(fā)射信號混頻后得到的中頻信號進(jìn)行頻譜分析,從 而根據(jù)所述中頻信號的頻率及相位差,求取與該中頻信號相應(yīng)的目標(biāo)的距離及速度信息。
[0028] 優(yōu)選地,對A段信號相應(yīng)的中頻信號進(jìn)行頻譜分析,得到相應(yīng)目標(biāo)的中頻信號的 相位表達(dá)式:
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