一种公路车辆监测用窄波束测速雷达组制造技术

一种应用于交通安全管理的测速雷达组，将多个雷达合理地组合在一起，从体系结构、数据处理、信息传输等方面充分发挥成组的优点，达到全功能、高性能、低价格的综合优势。选用更先进的窄波束天线和与之相配合的雷达前端设计，以及更先进的信号处理方法，使得成组测速雷达在性能上优胜于市场上现有的同类产品，能够胜任超速管理、卡口管理、闯红灯管理、交通流量统计等全功能的应用要求，作为现代交通安全管理系统的基础设备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子信息和交通安全领域，提出一种用于监测公路车辆的窄波 束测速雷达组。
技术介绍
现代交通安全管理要求限制在道路上行驶车辆的速度；要求对闯红灯车辆 实施管理控制；要求为交通信号控制提供道路交通信息。为了满足交通科学管 理和严肃执法的全面要求，在道路管理设施中已经出现了多种车辆速度和交通 信息传感器，典型地，有地感线圈和基于视频、激光、声学和微波的传感器。 在城市道路上破路安装地感线圈会带来一系列不良问题。因此在现代城市中， 非植入传感器受到更多的重视。其中微波测速雷达和微波车流量检测器具有测 量精度高，非植入，全天候，高可靠等一系列优点，具有最好的竞争力。虽然市场上出现了多种用于交通管理的雷达传感器，应用中最需要的雷达 传感器应该是高性能、多功能和低价格的。超速管理要求准确检测各车道上单 个车辆的速度；卡口管理要求雷达对各种车辆提供一致性好的触发位置；闯红 灯管理要求将雷达的敏感区域限定在止行线前几个小区域内；车流量检测要求 在提供车流量统计数据的同时，还要提供车辆平均速度、车辆类型统计和道路 占用率统计等数据。现有的雷达传感器功能比较单一，难以同时完成以上这些 功能。而在窄波束测速雷达的基础上发展成组雷达可以实现所有上述功能，并 且达到低价格的目标。这正是本专利技术的内容。在超速管理和卡口管理中使用测速雷达的实践表明，雷达天线波束在高低 向的一3dB宽度需要进一步减小，同时对天线波束的形状有较高的要求。具体地 说，要求一10dB波束宽度和—3dB波束宽度的比值应该小于3，以及天线旁瓣 的电平应该低于一14dB。只有这些要求得到满足，才能使雷达提供出一致性好 的触发位置，保证摄像系统对大车和小车都能产生出足够清晰的车牌照片。闯 红灯管理中，雷达照射区域沿车道纵向的尺寸通常限定在4 5米以内。当雷达 处于止行线后13米处时，要求雷达天线波束在高低向的一3dB宽度为6.8^同 时有良好的波束形状。如果要求雷达的安装位置后移到20米处，雷达天线的波束的一3dB宽度应在4e 4.5G以内。由此可见，为了满足交通管理的全面要求， 在成组雷达中，天线的设计是最重要的关键。在交通安全管理领域中，市面上几种有代表性的雷达产品如下俄罗斯Olvia 公司的测速雷达，波束宽度5GX7 这种雷达接近全功能的要求，但价格偏高， 不大适合于成规模应用。此外，该雷达使用Gunn振荡源，发射频率有跳模现象， 可能使测量的速度数据受到置疑。德国Robot公司推出的测速雷达，波速宽度 5GX20、此雷达适合于路旁的超速管理应用，不适合于卡口和其他管理应用。 美国Wavetronix公司的车流量检测器，波速宽度7。X65、此种检测器不适合于 超速管理、卡口管理等应用。本专利技术提出的雷达具有全功能、高性能的特点， 可以取代所有上述产品。同时，低价格是雷达传感器能否在交通管理领域中获 得推广应用的最后瓶颈。成组雷达的概念为系统的低价格创造了条件。在本发 明中将通过具体的实现技术来体现这些概念。
技术实现思路
本专利技术的窄波束测速雷达组的主要技术要求如下 雷达工作频率24.15GHz士30MHz;天线一3dB波束宽度5.5GX6G、 4GX4.5G、 4GX7G、 4GX12.5Q (可选)雷达测速距离》50米测速范围2km/H~245km/H测速误差《lkm/H工作温度范围一20QC +70GC测速方向性单向电源12VDC每只雷达功耗 2.5W 成组方式主从式。 一套雷达组包括 主雷达一只从雷达1 3只(可选)本专利技术充分考虑了降低雷达组制作成本的问题。从雷达中含有天线、微波收发部分和中频通道，不含模数转换器(ADC)和数字信号处理器。主雷达含 天线、微波收发部分、中频通道、模数转换器(ADC)和数字信号处理器。各 个从雷达的多普勒信号汇集到主雷达的ADC输入端， 一起进行模拟信号到数字 信号的转换。这样最多有4个雷达的多普勒信号被汇集到一起。使用两个双道4串行ADC，每个ADC的输出包含两路独立的多普勒数字化信号，两路多普勒 数字信号交替地安排，形成一个数据串进入数字信号处理器。选用的数字信号 处理器具有两个通用串行接口。这样， 一个数字信号处理器最多能同时接受4 路多普勒信号，使得一只主雷达可以同时带动最多达3只从雷达。图l是本发 明雷达组的示意图。该图中示出了成组测速雷达系统中含一个主雷达和3个从 雷达的情况。图1中标号1表示天线；标号2表示微波收发电路；标号3表示 多普勒中频电路；标号4和5表示两个模拟数字变换器；标号6表示高速数字 信号处理器；标号7表示串行接口电路。本专利技术中的天线是专门设计的微带阵列天线。选择了 4种典型的天线特性， 可以覆盖大多数的应用需求。用户可以根据实际的应用需求来选用这些天线。 这4种天线分别具有以下特性(1) 一3dB波束宽度约为5.5GX6Q，天线微波介质板的外廓尺寸166mmX 148mm，金属图形的H面最大尺寸152±0.5是特征尺寸。辐射单元个数 为284个。(2) —3dB波束宽度约为4QX4.5Q，天线微波介质板的外廓尺寸212mmX 196mm，金属图形的H面最大尺寸202.5±0.5是特征尺寸。辐射单元个 数为524个。(3) —3dB波束宽度约为4QX7Q，天线微波介质板的外廓尺寸216mmX 132mm，金属图形的H面最大尺寸203 ±0.5是特征尺寸。辐射单元个数 为332个。(4) —3dB波束宽度约为4GX12.5G，天线微波介质板的外廓尺寸216mmX 151mm，金属图形的H面最大尺寸203土0.5是特征尺寸。辐射单元个数 为190X2个。此天线由两个天线构成，两个天线中任何一个可单独使用， 也可以合起来用于收发天线需要分离的场合，例如双向测速雷达。本专利技术中的数字信号处理器将两路实型多普勒数字信号组合成一路复型信 号进行快速傅立叶变换。待变换完成后，可以分拆获得两路各自的傅立叶变换。 原理如下。如果用F来记合成复型数据的傅氏变换，两个信道信号分别的傅氏 变换可以通过下列的简单计算得到-5由于两路数据分别是实型的，它们的傅氏变换幅度在0—一2Ji上关于Ji是对称 的。因此，只需要计算幅度谱|《|和|F2|的前面一半，即N/2点数据。由此可 见，虽然雷达数量达到最多4套，各雷达彼此独立工作，但一只数字信号处理 器需要处理的主要计算即FFT计算只是一套雷达的加倍，而不是4倍。在实际 情况下，例如选择32位浮点处理器TMS320C6713B就能够满足实时性的计算要 求。当6713B使用200MHz的内部时钟频率，用32位字长计算1024点复型FFT， 计算时间在0.1ms量级。24GHz测速雷达的多普勒频率在20kHz以内。使用40kHz 的数据采样率可以保证不失真地分析有用的多普勒频率信号。在这些条件下， 积累1024点数据的时间是25.6ms。这个时间也是DSP处理器每个处理循环容 许使用的时间。与这个时间相比，两次复型1024点FFT需要的时间只占很少的 部分。由此可见，最多4只雷达使用一只数字信号处理器完全能够胜任工作， 这可以节省系统成本。本专利技术所述的每个雷达前端各个功能电路和所述的微带阵列天线在结构和 电气上进行一体化设计，雷达前端的输出是模拟形式的多普勒信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种测速雷达组的概念和方案，其特征在于雷达组由一只主雷达和一到多只从雷达构成；各个雷达的测速工作是相互独立的；从雷达不含数字信号处理器，各个雷达的数字信号处理由主雷达中的一只高速数字信号处理器分时地完成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹谋炎，
申请(专利权)人：邹谋炎，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]