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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