專利名稱：低成本交通信息檢測雷達(dá)裝置及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及智能交通系統(tǒng)中的交通信息采集領(lǐng)域，特別涉及一種低成本交通 信息檢測雷達(dá)裝置。
背景技術(shù)：
實(shí)時(shí)交通信息是智能交通系統(tǒng)ITS的最基本的信息源之一，只有對各道路實(shí)時(shí)交 通信息有了準(zhǔn)確地掌握才能有效地實(shí)施和發(fā)揮諸如交通誘導(dǎo)、紅綠燈智能控制、超速抓拍 以及治安卡口之類的ITS功能，因此對交通信息的實(shí)時(shí)檢測技術(shù)是ITS技術(shù)中最核心也是 最基本的技術(shù)之一。交通信息采集技術(shù)的研究已經(jīng)開展多年。目前已有多種交通信息采集技術(shù)在實(shí)際 中應(yīng)用。通過這些技術(shù)采集到的交通信息主要包括各車道的車流量、車道占有率，車速、車 型、車頭時(shí)距等。最先開始發(fā)展的是接觸式的交通信息采集技術(shù)，其主要代表是環(huán)行線圈探測。這 些采集裝置都有共同特點(diǎn)，就是埋藏在路面之下，當(dāng)汽車經(jīng)過采集裝置上方時(shí)會引起相應(yīng) 的壓力、電場或磁場的變化，最后采集裝置將這些力和場的變化轉(zhuǎn)換為所需要的交通信息。 經(jīng)過多年發(fā)展，路面接觸式的交通信息采集技術(shù)已經(jīng)很成熟，其測量精度高，易于掌握，一 直在交通信息采集領(lǐng)域中占有主要地位。但是這種路面接觸式的交通采集裝置有著不可避 免的缺點(diǎn)。首先是安裝維護(hù)困難，必須中斷交通、破壞路面；其次隨著車輛增多，車輛對道路 的壓力導(dǎo)致這類裝置的使用壽命也越來越短；現(xiàn)在道路擴(kuò)張很快，各種環(huán)境下的道路日益 增多，而路基下沉、鹽堿和冰凍等條件將嚴(yán)重影響路面接觸式交通信息采集裝置的使用。另 外，對隧道、橋梁等環(huán)境，路面破壞性的安裝方式存在更多的困難與不便。所有這些都帶來 了其使用成本的上升。新近發(fā)展起來的路面非接觸式交通信息采集裝置采用安裝在道路邊立桿上，微波 雷達(dá)在很大程度上解決了這些問題，這類裝置有著安裝維護(hù)方便，不需要中斷交通和破壞 路面、使用壽命長、幾乎不受光照度、灰塵以及風(fēng)、雨、霧、雪等天氣氣候影響等優(yōu)點(diǎn)。但是這 種側(cè)向安裝微波雷達(dá)也有其不可克服的缺點(diǎn)，主要體現(xiàn)在存在車輛之間的遮擋與干擾、無 法測量實(shí)時(shí)車速、無法準(zhǔn)確檢測車輛長度等。而這些參數(shù)對于ITS應(yīng)用來說，都是很重要 的，出現(xiàn)這些問題的根本原因就是因?yàn)槔走_(dá)是裝在道路邊上的，如果安裝在車道上放，這些 問題就都消失了，因此簡單的做法就是側(cè)裝雷達(dá)直接裝在車道上方，雖然能解決部分問題， 但是不能徹底解決，主要是因?yàn)槔走_(dá)天線角度太大，并且這樣做還有一個(gè)致命的缺點(diǎn)，就是 成本太高。中國專利號CN1400475，專利名稱為“智能交通中車流量監(jiān)控的雷達(dá)射頻裝置及測 定方法”，該專利采用的是35GHz毫米波，利用三角波調(diào)制的FMCW體制進(jìn)行交通信息檢測， 這樣就需要壓控振蕩器(VCO)以及三角波發(fā)生電路等，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。中國專利號CN101231341，專利名稱為“直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置”， 該專利采用對雷達(dá)回波進(jìn)行射頻檢波的方法，通過對射頻檢波產(chǎn)生的直流電平進(jìn)行檢測以
3獲得交通信息。該方法測量出來的速度不準(zhǔn)確，并且難以區(qū)分擁堵狀態(tài)下的車輛。中國專利號CN201383004，專利名稱為“一種智能交通車輛檢測雷達(dá)”。這是實(shí)用 新型專利，該實(shí)用新型采用雙天線的全相參脈沖體制，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。中國專利號CN101136141，專利名稱為“基于單頻連續(xù)波雷達(dá)的車型分類方法”，該 方法將雷達(dá)回波多普勒頻譜圖進(jìn)行哈夫變換后映射為車輛散射中心位置參數(shù)圖像再通過 一系列復(fù)雜特征提取獲得車型。算法復(fù)雜，難以實(shí)際應(yīng)用于低成本方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是要提供一種成本低的低成本交通信息檢測雷達(dá)裝 置及檢測方法。為了解決以上的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種低成本交通信息檢測雷達(dá)裝置，微 波信號源采用介質(zhì)振蕩器產(chǎn)生毫米波，經(jīng)收、發(fā)組件由平面陣列天線收、發(fā)信號，混頻器輸 出中頻信號送至中頻信號處理單元處理，處理后的中頻信號送至數(shù)字信號處理單元，數(shù)字 信號處理單元與人機(jī)接口單元連接，數(shù)字信號處理單元對含有交通信息的中頻信號進(jìn)行處 理后，由人機(jī)接口單元輸出交通信息。所述的中頻信號處理單元含有低噪聲放大器和帶通濾波器。所述數(shù)字信號處理單元設(shè)有A/D轉(zhuǎn)換模塊，信號處理芯片以及存儲器。該天線由一組12個(gè)平面天線單元串聯(lián)后，與另一組串聯(lián)的12個(gè)平面天線單元并 聯(lián)構(gòu)成，兩組串、并聯(lián)的平面陣列天線采用端饋方式給天線陣列饋電，每個(gè)平面天線單元采 用切口式饋電。兩組并聯(lián)的平面陣列天線采用等功率分配；每組串聯(lián)的天線單元采用不等功率分 配。兩組串、并聯(lián)的平面陣列天線，其波束主瓣方向與平面天線的法線方向有一個(gè)夾角。所述的低成本交通信息檢測雷達(dá)裝置的交通信息檢測方法，包括以下的步驟 ⑴對數(shù)字化的中頻信號進(jìn)行快速佛里葉FFT變換；
⑵從頻譜分析中獲得車輛速度信息；
⑶如果是低速車輛，轉(zhuǎn)低速模塊檢測；若不是低速車輛，轉(zhuǎn)下一步； ⑷記錄車流量和車輛通過時(shí)間；
(5)獲取其它交通信息；
(6)輸出交通信息；
其中，低速模塊檢測的檢測步驟是 ⑴車輛速度變化檢測； ⑵車輛長度計(jì)算； ⑶判斷車輛是否停在檢測區(qū)域； ⑷若是，返回第⑴步；若不是，則轉(zhuǎn)下一步； (5)車流量計(jì)數(shù)加1。本發(fā)明的優(yōu)越功效在于
1)相比于調(diào)頻連續(xù)波體制雷達(dá)，本發(fā)明采用純Doppler體制雷達(dá)，利用速度信息來判 別車輛的存在從而極大地降低了成本；
2)對于低速情形，采用低速模塊檢測確定車流量從而克服了基于Doppler體制的雷達(dá)無法準(zhǔn)確檢測低速車輛的缺點(diǎn)；
3)本發(fā)明平面陣列微波天線產(chǎn)生的波束主瓣指向與平面天線法線方向成一小夾角，此 時(shí)一個(gè)波束偏向左邊，另一個(gè)波束偏向右邊，兩者互不相干，2個(gè)同樣的天線按相反方向擺 放就形成了具有一定夾角的雙波束，完全符合雙波束微波交通信息采集雷達(dá)需求；
4)與中心饋電方式相比，本發(fā)明平面陣列微波天線的端饋方式更有利于雷達(dá)整體結(jié)構(gòu) 的布局，主要體現(xiàn)在兩方面，一是雷達(dá)收發(fā)組件布線長度可以減短有利于減少微波輻射損 耗，另一方面也有利于減小雷達(dá)橫截面積。


圖1為本發(fā)明的原理方框圖； 圖2為中頻信號處理原理方框圖； 圖3為數(shù)字信號處理原理方框圖； 圖4為人機(jī)接口單元原理方框圖； 圖5為本發(fā)明交通信息檢測流程圖； 圖6為低速模塊檢測車輛的流程圖； 圖7為本發(fā)明的平面陣列天線平面圖； 圖中標(biāo)號說明 卜天線； 11一天線單元； 2—收發(fā)組件； 4一數(shù)字信號處理單元；
具體實(shí)施例方式請附圖所示，對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。如圖1所示，本發(fā)明提供了一種低成本交通信息檢測雷達(dá)裝置，微波信號源采用 介質(zhì)振蕩器DRO產(chǎn)生毫米波，經(jīng)收、發(fā)組件2由平面陣列天線1收、發(fā)信號，混頻器23輸出 中頻信號送至中頻信號處理單元3處理，處理后的中頻信號送至數(shù)字信號處理單元4，數(shù)字 信號處理單元4與人機(jī)接口單元5連接，數(shù)字信號處理單元4對含有交通信息的中頻信號 進(jìn)行處理后，由人機(jī)接口單元5輸出交通信息。如圖2所示，所述的中頻信號處理單元3含有低噪聲放大器321和帶通濾波器 322。如圖3所示，所述數(shù)字信號處理單元4設(shè)有A/D轉(zhuǎn)換模塊421，信號處理芯片422 以及存儲器423。收發(fā)組件2中的介質(zhì)振蕩器DR022發(fā)射中心頻率為24. 3GHz的微波，經(jīng)過波導(dǎo)同 軸轉(zhuǎn)換器21后通過平面陣列天線1發(fā)射；發(fā)射的微波遇到障礙物后反射，反射微波通過平 面陣列天線1接收，經(jīng)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器21后進(jìn)入混頻器23，在混頻器23中，回波信號與發(fā) 射信號混頻以獲得攜帶有道路實(shí)時(shí)交通信息的中頻信號IF;由收發(fā)組件2產(chǎn)生的IF信號 通過同軸電纜進(jìn)入中頻信號處理單元32后，首先進(jìn)行低噪聲放大處理321，然后進(jìn)入帶通 濾波322以產(chǎn)生處理后的IF信號；經(jīng)中頻信號處理單元32處理后的IF信號進(jìn)入數(shù)字信號
12—端饋；
3—中頻信號處理單元； 5—人機(jī)接口單元。處理單元42，數(shù)字信號處理單元包括A/D轉(zhuǎn)換ADC421、數(shù)字信號處理DSP芯片422、DSP外 設(shè)423以及電源424 ；數(shù)字信號處理單元42與外界計(jì)算機(jī)之間通過人機(jī)接口單元5相連接， 人機(jī)接口單元主要處理雷達(dá)參數(shù)設(shè)置與調(diào)整521和交通信息發(fā)布522。如圖5所示，給雷達(dá)上電以后先對數(shù)字信號處理DSP芯片422各寄存器和外設(shè)423 進(jìn)行初始化，然后開始進(jìn)入道路交通信息采集與處理循環(huán)。進(jìn)行AD采樣，將連續(xù)的中頻信 號變換成分立的中頻信號，然后將其進(jìn)行FFT變換，從信號時(shí)間域變換到頻率域，產(chǎn)生中頻 信號頻譜；對中頻信號頻譜進(jìn)行分析，根據(jù)Doppler原理獲得車輛的實(shí)時(shí)速度；根據(jù)實(shí)時(shí)速 度大小判定，當(dāng)速度小于某一預(yù)設(shè)速度值時(shí)進(jìn)入低速模塊檢測流程，如圖6，否則直接記錄 車輛速度、流量以及車輛通過時(shí)間；在前面基礎(chǔ)上獲得其他交通信息并通過人機(jī)界面單元 與外界通信。圖6為低速車輛檢測模塊流程圖，所述的低成本交通信息檢測雷達(dá)裝置的交通信 息檢測方法，包括以下的步驟
⑴對數(shù)字化的中頻信號進(jìn)行快速佛里葉FFT變換； ⑵從頻譜分析中獲得車輛速度信息；
⑶如果是低速車輛，轉(zhuǎn)低速模塊檢測；若不是低速車輛，轉(zhuǎn)下一步； ⑷記錄車流量和車輛通過時(shí)間；
(5)獲取其它交通信息；
(6)輸出交通信息；
其中，低速模塊檢測的檢測步驟是 ⑴車輛速度變化檢測； ⑵車輛長度計(jì)算； ⑶判斷車輛是否停在檢測區(qū)域； ⑷若是，返回第⑴步；若不是，則轉(zhuǎn)下一步； (5)車流量計(jì)數(shù)加1。由于Doppler效應(yīng)是只對具有一定速度移動(dòng)的物體產(chǎn)生，因此常規(guī)基于Doppler 效應(yīng)的智能交通用雷達(dá)都不處理低速情形，一般在時(shí)速低于20km就不處理了，作為超速抓 拍雷達(dá)來說，這已經(jīng)足夠了，但是對于交通信息采集雷達(dá)來說，車輛走走停停的現(xiàn)象總是在 發(fā)生中，因此必須能檢測到低速車輛。本發(fā)明采用根據(jù)速度變化特征和車輛長度同步計(jì)算 綜合考慮的方式來判定低速行駛的車輛究竟是慢慢駛過雷達(dá)檢測區(qū)域還是停在檢測區(qū)域 后再啟動(dòng)離開，這樣就有效解決了基于Doppler效應(yīng)雷達(dá)的低速車輛檢測難題。如圖7所示，該天線由一組12個(gè)平面天線單元串聯(lián)后，與另一組串聯(lián)的12個(gè)平面 天線單元11并聯(lián)構(gòu)成，兩組串、并聯(lián)的平面陣列天線采用端饋12方式給天線陣列饋電，每 個(gè)平面天線單元采用切口式饋電。兩組并聯(lián)的平面陣列天線1采用等功率分配；每組串聯(lián)的天線單元11采用不等功 率分配。兩組串、并聯(lián)的平面陣列天線1，其波束主瓣方向與平面天線的法線方向有一個(gè)夾 角。具體解決途徑如下
1、提高數(shù)字信號處理單元4中FFT分析的頻率分辨率。分辨率越高，越能檢測出雷達(dá) 回波信號中的低頻成分，根據(jù)Doppler效應(yīng)原理，頻率越低對應(yīng)的車輛速度越低。提高分辨率的方法是降低采樣頻率、提高FFT分析的樣本點(diǎn)數(shù)；
2、對于交通信息檢測應(yīng)用來說，低速行駛車輛可分為三種類型
i )車輛緩慢一次性通過雷達(dá)檢測區(qū)域。對于這種情形，借助于上面提到的通過提高FFT 分辨率就可以檢測到車輛的流量，因?yàn)檐囕v是一次性通過檢測區(qū)域，車輛始終有速度，只要 有速度雷達(dá)就可以檢測出來；
ii)車輛分兩次通過檢測區(qū)域，也就是說車輛緩慢駛?cè)霗z測區(qū)域并停下來，然后再加速 離開，這是最常見的模式。如果不作特殊處理，雷達(dá)就會認(rèn)為有2輛車通過了檢測區(qū)域，因 為中間有一段時(shí)間由于車輛靜止而導(dǎo)致雷達(dá)探測不到信號，等車輛重新啟動(dòng)時(shí)雷達(dá)就誤認(rèn) 為是下一輛車因而導(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn)。對此本發(fā)明提出的方案是根據(jù)車輛速度特征來識別，車 輛進(jìn)入檢測區(qū)域并停下來然后啟動(dòng)加速離開這一過程反映在車輛速度上則是一個(gè)先減速 到零然后再加速的過程，據(jù)此分析車輛速度特征就可以確定車輛是否在檢測區(qū)域停車一次 然后再離開；
iii)車輛分兩次以上通過檢測區(qū)域，也就是說車輛緩慢駛?cè)霗z測區(qū)域并停下來，然后 移動(dòng)很短的距離后又停下來，反復(fù)幾次后，最后再加速離開，這種模式不常見，特別是需要 在檢測區(qū)域停車3次的在實(shí)際生活中幾乎沒有，因?yàn)槔走_(dá)波束在車道上的覆蓋區(qū)域長度只 有1米，車輛停車一次就通過了該檢測區(qū)域，個(gè)別情況下才會停車2次，也就是說只要處理 “車輛緩慢駛?cè)霗z測區(qū)域并停下來，然后移動(dòng)很短的距離后又停下來一段時(shí)間后再加速離 開”這種模式。如果不作特殊處理，雷達(dá)就會認(rèn)為有3輛車通過了檢測區(qū)域，因?yàn)橹虚g有兩 段時(shí)間由于車輛靜止而導(dǎo)致雷達(dá)探測不到信號，等車輛重新啟動(dòng)時(shí)雷達(dá)就誤認(rèn)為是下一輛 車因而導(dǎo)致計(jì)數(shù)不準(zhǔn)。對此本發(fā)明提出的方案是根據(jù)車輛速度特征來識別，車輛進(jìn)入檢測 區(qū)域并停下來然后啟動(dòng)加速離開這一過程反映在車輛速度上則是一個(gè)先減速到零，然后由 一個(gè)很短時(shí)間的低速運(yùn)行，最后再加速的過程，據(jù)此分析車輛速度特征就可以確定車輛是 否在檢測區(qū)域停車2次然后再離開。 本發(fā)明的低速車輛檢測模塊，利用速度的變化特征判定車輛是一次還是幾次通過 檢測區(qū)域，從而準(zhǔn)確檢測到車流量。
權(quán)利要求
一種低成本交通信息檢測雷達(dá)裝置，其特征在于微波信號源采用介質(zhì)振蕩器產(chǎn)生毫米波，經(jīng)收、發(fā)組件由平面陣列天線收、發(fā)信號，混頻器輸出中頻信號送至中頻信號處理單元處理，處理后的中頻信號送至數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元與人機(jī)接口單元連接，數(shù)字信號處理單元對含有交通信息的中頻信號進(jìn)行處理后，由人機(jī)接口單元輸出交通信息。
2.按權(quán)利要求1所述的低成本交通信息檢測雷達(dá)裝置，其特征在于所述的中頻信號 處理單元含有低噪聲放大器和帶通濾波器。
3.按權(quán)利要求1所述的低成本交通信息檢測雷達(dá)裝置，其特征在于所述數(shù)字信號處 理單元設(shè)有A/D轉(zhuǎn)換模塊，信號處理芯片以及存儲器。
4.按權(quán)利要求1所述的低成本交通信息檢測雷達(dá)裝置的交通信息檢測方法，包括以下 的步驟⑴對數(shù)字化的中頻信號進(jìn)行快速佛里葉FFT變換； ⑵從頻譜分析中獲得車輛速度信息；⑶如果是低速車輛，轉(zhuǎn)低速模塊檢測；若不是低速車輛，轉(zhuǎn)下一步； ⑷記錄車流量和車輛通過時(shí)間；(5)獲取其它交通信息；(6)輸出交通信息；其中，低速模塊檢測的檢測步驟是 ⑴車輛速度變化檢測； ⑵車輛長度計(jì)算； ⑶判斷車輛是否停在檢測區(qū)域； ⑷若是，返回第⑴步；若不是，則轉(zhuǎn)下一步； (5)車流量計(jì)數(shù)加1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低成本交通信息檢測雷達(dá)裝置，微波信號源采用介質(zhì)振蕩器產(chǎn)生毫米波，經(jīng)收、發(fā)組件由平面陣列天線收、發(fā)信號，混頻器輸出中頻信號送至中頻信號處理單元處理，處理后的中頻信號送至數(shù)字信號處理單元，數(shù)字信號處理單元與人機(jī)接口單元連接，數(shù)字信號處理單元對含有交通信息的中頻信號進(jìn)行處理后，由人機(jī)接口單元輸出交通信息。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是利用速度信息來判別車輛的存在，從而極大地降低了成本。
文檔編號G01S13/92GK101937084SQ20101026198
公開日2011年1月5日 申請日期2010年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月25日
發(fā)明者豐志娟, 余穩(wěn), 徐代艮, 徐建華, 方菲菲, 王世杰, 王飛 申請人:上?；鄄悄芙煌ㄏ到y(tǒng)有限公司