專利名稱：基于激光和雷達(dá)的雙模測(cè)速取證系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于激光和雷達(dá)的雙模測(cè)速取證系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種測(cè)速技術(shù)，具體涉及一種基于激光和雷達(dá)的雙模測(cè)速取證系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
[0002]隨著現(xiàn)代智能交通的日益發(fā)展，超速取證設(shè)備已經(jīng)成為交通管理的必備設(shè)施，其市場(chǎng)經(jīng)過前幾年的快速發(fā)展，已相對(duì)成熟。現(xiàn)今專用測(cè)速設(shè)備主要有視頻檢測(cè)、線圈、雷達(dá)和激光等幾種，視頻檢測(cè)精度低，使用范圍最小；線圈式安裝時(shí)需要開挖路面，不便于遷移， 現(xiàn)在也正趨于萎縮。因此，現(xiàn)在及將來可預(yù)見的很長一段時(shí)間內(nèi)，測(cè)速市場(chǎng)主要以雷達(dá)測(cè)速和激光測(cè)速為主。雷達(dá)式的優(yōu)點(diǎn)是便于操作，使用范圍廣，可移動(dòng)式使用，現(xiàn)在占有最大的市場(chǎng)份額，但其主要應(yīng)用于幾十米左右的短距離測(cè)速，百米以上的長距離測(cè)速將導(dǎo)致精度大幅降低，且易受干擾；激光式的優(yōu)點(diǎn)是精度高，抗干擾，但主要是測(cè)量百米以上長距離目標(biāo)，不能測(cè)量短距離目標(biāo)且使用相對(duì)復(fù)雜。[0003]所有利用雷達(dá)波來檢測(cè)移動(dòng)物體速度的原理，其理論基礎(chǔ)皆源自于[多普勒效應(yīng)]。當(dāng)無線電波在行進(jìn)的過程中，碰到物體時(shí)會(huì)被反射，而且其反射回來的波，其頻率及振幅都會(huì)隨著所碰到的物體的移動(dòng)狀態(tài)而改變。若無線電波所碰到的物體是固定不動(dòng)的，那么所反射回來的無線電波其頻率是不會(huì)改變的。然而，若物體是朝著無線電波發(fā)射的方向前進(jìn)時(shí)，此時(shí)所反射回來的無線電波會(huì)被壓縮，因此該電波的率頻會(huì)隨之增加；反之，若物體是朝著遠(yuǎn)離無線電波方向行進(jìn)時(shí)，則反射回來的無線電波，其頻率則會(huì)隨之減小。[0004]測(cè)速雷達(dá)就是檢測(cè)到發(fā)射出的無線電波，及反彈回來的無線電波其間的頻率變化。由這兩個(gè)不同頻率的差值，依特定的比例關(guān)系，而計(jì)算出該波所碰撞到的物體的速度。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的多普勒頻率fd符合下列關(guān)系式。2 Vrftfd C[0005]fd" C 由它既可得出v『=2ft .，9[0006]其中Vr為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度；C為電磁波在空氣中的傳播速度，是一個(gè)常數(shù)；ft為雷達(dá)的發(fā)射頻率，是一個(gè)已知量；fd為測(cè)量到的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)引起的都卜勒頻率，其測(cè)量精度由石英晶體振蕩器保證。由fd，C，ft即可計(jì)算出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度Vr。但利用雷達(dá)波來檢測(cè)車速時(shí)，是無法在車陣中檢測(cè)到特定車輛的速度，而只能檢測(cè)到開在車陣最前面，且體積較大的車子的速度。這是由于雷達(dá)波發(fā)射角度約在十至二十度間，根據(jù)車輛正面寬度基本在2 至5米左右，雷達(dá)波有效作用范圍就在幾十米左右，如果超出這個(gè)距離，在多車道公路上兩車以上并行行駛時(shí)，警察用雷達(dá)測(cè)得超速現(xiàn)象卻無法明確認(rèn)定那一部車輛違規(guī)。因此，超出這個(gè)距離范圍，應(yīng)考慮其他的測(cè)速方式。[0007]參見圖1，激光測(cè)速原理主要是在脈沖激光測(cè)距的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，激光脈沖持續(xù)時(shí)間極短，能量在時(shí)間上相對(duì)集中，瞬時(shí)功率大，可以達(dá)到很遠(yuǎn)的測(cè)程進(jìn)行測(cè)距。利用半導(dǎo)體激光器發(fā)出一連串極細(xì)的短脈沖光束，根據(jù)每個(gè)光脈沖的飛行時(shí)間來推算出目標(biāo)的實(shí)際距離，其換算公式為s = ct/2。式中S為待測(cè)距離；C為激光在大氣中傳播的速度；t為激光在待測(cè)距離上的往返傳播時(shí)間。再依據(jù)測(cè)到的距離變化，來決定目標(biāo)移動(dòng)的速度ν及方向。[0008]根據(jù)激光的原理，激光測(cè)速具有以下幾個(gè)特點(diǎn)由于光束為射線，測(cè)速距離相對(duì)于雷達(dá)測(cè)速有效距離遠(yuǎn)，可測(cè)100米外；測(cè)速精度高，誤差< 1公里；但激光光束必須要瞄準(zhǔn)垂直與激光光束的平面反射點(diǎn)，又由于被測(cè)車輛距離遠(yuǎn)、且處于移動(dòng)狀態(tài)，而導(dǎo)致執(zhí)勤警員使用相對(duì)復(fù)雜、易疲勞。激光測(cè)速不能在運(yùn)動(dòng)中使用，只能在靜止?fàn)顟B(tài)下應(yīng)用。實(shí)用新型內(nèi)容[0009]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有測(cè)速取證系統(tǒng)所存在的缺陷，而提供一種基于激光和雷達(dá)的雙模測(cè)速取證系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用激光和雷達(dá)兩種測(cè)速方式的原理互相彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，其可根據(jù)路況特點(diǎn)全天候全距離監(jiān)測(cè)車輛超速行為。[0010]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用如下的技術(shù)方案[0011]基于激光和雷達(dá)的雙模測(cè)速取證系統(tǒng)，所述取證系統(tǒng)包括激光測(cè)速模塊、雷達(dá)測(cè)速模塊以及主控電路，所述主控電路控制連接激光測(cè)速模塊和雷達(dá)測(cè)速模塊。[0012]在本實(shí)用新型的一優(yōu)選方案中，所述激光測(cè)速模塊包括激光發(fā)射模塊、激光接收模塊、電源，所述激光發(fā)射模塊由脈沖驅(qū)動(dòng)電路、激光器、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)依次連接組成，所述激光接收模塊由接收光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器、整形濾波電路和計(jì)數(shù)接口電路依次連接組成，所述電源由高壓電源和低壓電源組成。[0013]在本實(shí)用新型的另一優(yōu)選方案中，所述主控電路包括能將超速圖像取證程序固化在其內(nèi)的外部斷電保存高速程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、總線控制單元、DSP數(shù)字信號(hào)處理器芯片、 大規(guī)模邏輯處理器件FPGA、外部高速動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器SDRAM、視頻傳感器、雷達(dá)測(cè)速串口、激光測(cè)速串口、電源模塊、CF卡、LCD顯示模塊組成，所述視頻傳感器通過數(shù)據(jù)總線和控制總線單元與大規(guī)模邏輯處理器件FPGA連接，DSP數(shù)字信號(hào)處理器芯片和大規(guī)模邏輯處理器件 FPGA通過高速IO 口相連，外部高速動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器SDRAM和CF卡與DSP數(shù)字信號(hào)處理器芯片相接，大規(guī)模邏輯處理器件FPGA控制連接IXD顯示模塊、雷達(dá)測(cè)速串口、激光測(cè)速串口，電源模塊與各部分連接。[0014]本實(shí)用新型利用激光和雷達(dá)兩種測(cè)速方式的原理互相彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)一種基于激光測(cè)速和雷達(dá)測(cè)速的雙模式式測(cè)速及取證系統(tǒng)，根據(jù)路況特點(diǎn)全天候全距離監(jiān)測(cè)車輛超速行為，為一線交警提供一種新型的智能交通執(zhí)法儀器。


[0015]
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型。[0016]圖1為激光測(cè)速示意圖。[0017]圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。[0018]圖3為本實(shí)用新型中激光測(cè)速模塊的框圖。[0019]圖4為測(cè)量Δ T示意圖。[0020]圖5為本實(shí)用新型中主控電路的示意圖。
具體實(shí)施方式
[0021]為了使本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本實(shí)用新型。[0022]參見圖2，本實(shí)用新型提供的基于激光和雷達(dá)的雙模測(cè)速取證系統(tǒng)包括激光測(cè)速模塊100、雷達(dá)測(cè)速模塊200以及主控電路300，其中主控電路300控制連接激光測(cè)速模塊 100和雷達(dá)測(cè)速模塊200。[0023]雷達(dá)測(cè)速模塊200主要利用現(xiàn)有市場(chǎng)上普遍使用的雷達(dá)探頭，其輸出接口協(xié)議為標(biāo)準(zhǔn)RS232串行接口，主控電路300接收雷達(dá)探頭輸出的串行數(shù)據(jù)，根據(jù)協(xié)議格式分析出被測(cè)車輛的速度等數(shù)據(jù)，根據(jù)道路限速值判斷車輛是否超速。[0024]參見圖3，激光測(cè)速模塊100主要由激光發(fā)射模塊101，激光接收模塊102，激光電源3部分組成。[0025]激光發(fā)射模塊101由脈沖驅(qū)動(dòng)電、激光器、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)依次相接組成。[0026]激光接收模塊102由接收光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器、整形濾波電路和計(jì)數(shù)接口電路連接組成。[0027]激光電源由高壓電源(200V左右)和低壓電源(12V，5V，3. 3V)組成。[0028]參見圖5，主控電路300包括能將超速圖像取證程序固化在其內(nèi)的外部斷電保存高速程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器301、總線控制單元302、DSP數(shù)字信號(hào)處理器芯片303、大規(guī)模邏輯處理器件FPGA304、外部高速動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器SDRAM305、150萬像素視頻傳感器305、雷達(dá)測(cè)速串口 307、激光測(cè)速串口 308、電源模塊309、CF卡310、LCD顯示模塊311組成。[0029]其中150萬像素視頻傳感器306采集機(jī)動(dòng)車超速時(shí)刻的視頻數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)總線和控制總線單元302與大規(guī)模邏輯處理器件FPGA304連接.[0030]DSP數(shù)字信號(hào)處理器芯片303和大規(guī)模邏輯處理器件FPGA304通過高速IO 口相連。[0031]外部高速動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器SDRAM305、DSP數(shù)字信號(hào)處理器芯片303、大規(guī)模邏輯處理器件FPGA304、CF卡310、IXD顯示模塊311通過總線控制單元302和數(shù)據(jù)總線，地址總線相互連接。[0032]雷達(dá)測(cè)速串口 307、激光測(cè)速串口 308連接于大規(guī)模邏輯處理器件FPGA304[0033]電源309與各部分連接。[0034]根據(jù)上述方案形成的取證系統(tǒng)中，其激光測(cè)速設(shè)計(jì)方法如下(參見圖3)[0035]當(dāng)系統(tǒng)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)(如汽車號(hào)碼牌)后，激光器發(fā)出一個(gè)很強(qiáng)很窄的激光脈沖，這個(gè)光脈沖經(jīng)過透鏡①，壓縮了它的發(fā)散角，壓縮后它的光束發(fā)散角一般是幾個(gè)毫弧度，使得激光器發(fā)出的脈沖光聚焦為平行光發(fā)射(即激光器準(zhǔn)直系統(tǒng))。這樣的光脈沖射到幾百米遠(yuǎn)地方，才只有零點(diǎn)幾米直徑的一個(gè)光斑(一般實(shí)際測(cè)量距離為100-300米左右)。[0036]在脈沖發(fā)射出去的同時(shí)，其中極小一部分光立即到達(dá)探測(cè)信號(hào)的光敏二極管，于是光信號(hào)變成電信號(hào)，即光脈沖變成電脈沖。這個(gè)電脈沖經(jīng)放大，整形濾波后送入時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)，使其開始計(jì)時(shí)。把它作為發(fā)射參考信號(hào)，用來標(biāo)識(shí)激光發(fā)出的時(shí)間，這是計(jì)時(shí)開始時(shí)刻tl。[0037]而射向目標(biāo)的光脈沖由于目標(biāo)的漫反射作用，總有一部分光從原路反射回來，于是射向目標(biāo)的光脈沖在經(jīng)透鏡③匯聚后射向目標(biāo)點(diǎn)，經(jīng)目標(biāo)點(diǎn)反射回來的散射光先通過窄帶濾波片⑥濾除雜波，再由透鏡⑤將微弱的反射光會(huì)聚到小面積的光電探測(cè)器(雪崩二極管)上，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器變成電脈沖，再經(jīng)過放大整形電路而進(jìn)入時(shí)間測(cè)量系統(tǒng)，這是計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)刻t2，使其停止計(jì)時(shí)。由此便可以得到激光往返的時(shí)間。[0038]這樣可以得到第一次測(cè)量距離S1 = (t2_tl)*c/2。同理，對(duì)應(yīng)第二次測(cè)量計(jì)時(shí)開始時(shí)刻t3，計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)刻t4，測(cè)量距離S2，任意兩次測(cè)量開始的時(shí)間間隔At—樣?？梢杂?jì)算得出這段時(shí)間內(nèi)的速度V1 = (Sl-S2)/(t4-t2)再經(jīng)過多次測(cè)量及跟據(jù)最小二乘法運(yùn)算，即可得出車輛速度V。得出車輛速度后同樣通過RS232接口輸出到控制模塊，主控部分根據(jù)道路限速值判斷車輛是否超速。[0039]由于光速是恒定的，要獲得距離，因此測(cè)量光脈沖從發(fā)射，經(jīng)目標(biāo)反射回，并接收到之間的光飛行時(shí)間Δ T是精確測(cè)距、測(cè)速的關(guān)鍵。[0040]對(duì)于Δ T的測(cè)量如圖4所示，START脈沖是在激光管旁邊的光敏二極管收到的。 STOP脈沖是雪崩接收管收到的經(jīng)過波形整形的脈沖。T12的時(shí)長通過計(jì)數(shù)器記數(shù)獲得， START、STOP時(shí)長的獲得是通過二個(gè)高精度的線性充電器的時(shí)幅轉(zhuǎn)換來完成的。光飛行時(shí)間 ΔΤ = T12+T1-T2。[0041]由于激光波發(fā)射角度只有不到十分之一度；激光狹窄光束使得兩車被同時(shí)探測(cè)到的機(jī)會(huì)等于零；因此以激光測(cè)速可以明確認(rèn)定受測(cè)目標(biāo)。[0042]本實(shí)用新型的具體應(yīng)用如下[0043]整個(gè)雙模式測(cè)速系統(tǒng)可分解為短距離和長距離兩種方式，長距離測(cè)速切換到激光測(cè)速，短距離測(cè)速切換到雷達(dá)測(cè)速，距離的分界有操作人員自主設(shè)定，一般限定在50-100 米之間。結(jié)構(gòu)上采用一體化整機(jī)形式，采用雙路攝像，一路拍清楚80-200米內(nèi)車輛牌照，另一路拍車輛周圍道路狀況，實(shí)現(xiàn)車牌特寫與全景拍攝，提高取證可靠性。一旦測(cè)速儀測(cè)到超速車輛，高速圖像捕捉器即刻把兩路攝像機(jī)拍到的圖像存到CF卡上，圖像上疊加有測(cè)速儀送來的速度、距離、時(shí)間、日期和設(shè)定的地點(diǎn)、警號(hào)、限速、照片編號(hào)及機(jī)號(hào)等信息，同時(shí)通過無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)地把圖像傳輸?shù)浇K端服務(wù)器，服務(wù)器端建立以牌照識(shí)別為基礎(chǔ)的專用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)提供各類服務(wù)，后臺(tái)專用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)也可通過^ternet網(wǎng)絡(luò)與前端道路執(zhí)法點(diǎn)聯(lián)系， 及時(shí)處理超速違章車輛。[0044]在夜間，配備專用夜拍閃光燈可拍清楚50-100米處遠(yuǎn)的車輛；夜拍專用光源放置在測(cè)速取證儀前端，兩者通過無線方式遙控觸發(fā)。一旦測(cè)速儀測(cè)到超速車輛，測(cè)速儀首先觸發(fā)閃光燈亮，在閃光燈亮的瞬間高速圖像捕捉器即刻把兩路攝像機(jī)拍到的圖像存到CF卡上，其余操作與日間相同，解決了白天夜間全天候工作的問題。[0045]以上顯示和描述了本實(shí)用新型的基本原理、主要特征和本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實(shí)用新型不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本實(shí)用新型的原理，在不脫離本實(shí)用新型精神和范圍的前提下，本實(shí)用新型還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本實(shí)用新型范圍內(nèi)。本實(shí)用新型要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.基于激光和雷達(dá)的雙模測(cè)速取證系統(tǒng)，其特征在于，所述取證系統(tǒng)包括激光測(cè)速模塊、雷達(dá)測(cè)速模塊以及主控電路，所述主控電路控制連接激光測(cè)速模塊和雷達(dá)測(cè)速模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光和雷達(dá)的雙模測(cè)速取證系統(tǒng)，其特征在于，所述激光測(cè)速模塊包括激光發(fā)射模塊、激光接收模塊、電源，所述激光發(fā)射模塊由脈沖驅(qū)動(dòng)電路、 激光器、發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)依次連接組成，所述激光接收模塊由接收光學(xué)系統(tǒng)、光電探測(cè)器、信號(hào)放大器、整形濾波電路和計(jì)數(shù)接口電路依次連接組成，所述電源由高壓電源和低壓電源組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光和雷達(dá)的雙模測(cè)速取證系統(tǒng)，其特征在于，所述主控電路包括能將超速圖像取證程序固化在其內(nèi)的外部斷電保存高速程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、總線控制單元、DSP數(shù)字信號(hào)處理器芯片、大規(guī)模邏輯處理器件FPGA、外部高速動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器 SDRAM、視頻傳感器、雷達(dá)測(cè)速串口、激光測(cè)速串口、電源模塊、CF卡、IXD顯示模塊組成，所述視頻傳感器通過數(shù)據(jù)總線和控制總線單元與大規(guī)模邏輯處理器件FPGA連接，DSP數(shù)字信號(hào)處理器芯片和大規(guī)模邏輯處理器件FPGA通過高速IO 口相連，外部高速動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器SDRAM 和CF卡與DSP數(shù)字信號(hào)處理器芯片相接，大規(guī)模邏輯處理器件FPGA控制連接IXD顯示模塊、雷達(dá)測(cè)速串口、激光測(cè)速串口，電源模塊與各部分連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了基于激光和雷達(dá)的雙模測(cè)速取證系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激光測(cè)速模塊、雷達(dá)測(cè)速模塊以及主控電路，所述主控電路控制連接激光測(cè)速模塊和雷達(dá)測(cè)速模塊。該系統(tǒng)利用激光和雷達(dá)兩種測(cè)速方式的原理互相彌補(bǔ)各自的缺點(diǎn)，其可根據(jù)路況特點(diǎn)全天候全距離監(jiān)測(cè)車輛超速行為。
文檔編號(hào)G01S13/58GK202282073SQ20112032315
公開日2012年6月20日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者吳晶, 吳軼軒, 朱宏, 湯志偉, 洪利軍, 蔡烜 申請(qǐng)人:公安部第三研究所