基於增益控制的雷達測速裝置的製作方法
2023-05-19 15:16:16
本實用新型涉及雷達測量
技術領域：
，特別涉及一種基於增益控制的雷達測速裝置。
背景技術：
：隨著我道路交通建設的高速發展和居民汽車擁有量的急劇增加，交通事故發生次數居高不下。其中，誘發交通事故的主要原因之一就是交通超速，世界各國交通管理部門對車輛交通超速違法行為的整治都極為重視。目前，微波雷達因具有其體積小、重量輕、測速精度高、便於攜帶等優點，成為國際上交通警察實現道路測量交通速度監控和執法的主要技術手段之一。其中，雷達測速的精度直接關係到交通執法的嚴肅性和科學性的問題，各個國家對警用雷達測速誤差的允許範圍都有明確的要求，如我國規定室內雷達速度方針儀器對雷達測速精度進行仿真檢測時，測速雷達的靜態測速誤差小於正負1公裡/小時；在道路車輛的實際速度檢測時，雷達測速儀在100公裡/小時內，道路實測誤差子0-6公裡/小時內，時速100公裡的測速誤差小於6％。圖1示出了雷達測量車輛速度的示意圖，將微波雷達看成一個自發自收的無線通信系統，微波發射和接收都有固定的角度。但是雷達在道路實際測速中，如圖2所示，當運動車輛進入雷達測量範圍內時，由於運動車輛與雷達之間的距離是隨機的，車輛和雷達之間的相對位置不同，因此無論是同向還是反向測量，都會出現較大的測速誤差。如當雷達測量近車道5米的車輛和遠距離第四車道的車輛時，標準車道寬度是3.75米，由於雷達側裝，雷達波往返第四車道的距離約為72米，在不考慮汽車反射面大小的情況下，根據雷達波在自由空間傳輸的衰耗計算公式：PL＝32.44+20Lgf.+20Lgd，其中，d的單位為KM，可以計算出第一車道和第四車道微波反射信號強度相差約18db。因此，如果相同車速的車輛分別在第一車道和第四車道行駛，雷達的車輛誤差將達到12％左右，這遠超過國家標準6％的限制。針對目前廣泛使用的警用測速雷達會時常出現較大的測量偏差的情況，現有的解決方法是進行人工篩選，依靠人工剔除具有明顯偏差的車輛圖片。但是這種方法精準度較差，並沒有有效的解決測速雷達測量偏大大的問題，而且極大的增加了交通管理部門的工作難度。技術實現要素：本實用新型的目的在於提供一種基於增益控制的雷達測速裝置，以解決現有技術存在的由於雷達安裝方式形成的COS角度所導致的雷達測速誤差大的問題。為實現以上目的，本實用新型採用的技術方案是：提供一種基於增益控制的雷達測速裝置，包括：發射模塊、接收模塊、信號放大模塊、自動增益控制模塊和信號處理模塊；發射模塊用於向目標車輛發送微波射頻信號，接收模塊用於接收所述目標車輛的反射波信號並生成都卜勒信號，將生成的都卜勒信號傳輸至信號放大模塊；信號放大模塊用於對所述都卜勒信號進行放大處理，並將得到的放大信號傳輸至自動增益控制模塊；自動增益控制模塊用於判斷所述放大信號的幅度是否在範圍[m，n]內，若不在，則對所述放大信號的幅度進行調節，以使調節後的信號在所述範圍[m，n]內，並將調節後的信號傳輸至信號處理模塊，其中m、n為預設的幅度下限值、上限值，單位是0.1mv；信號處理模塊用於對所述調節後的信號進行處理，得到所述目標車輛的行駛速度。與現有技術相比，本實用新型存在以下技術效果：通過在傳統的雷達測速的信號處理過程中的信號放大環節增加數字增益自動調節環節，在反射波信號放大後，在對放大後的反射波信號進行快速傅立葉變換之前，判斷放大後的反射波信號是否在天線方向圖中心線的位置附近，如果不在，對放大後的反射波信號進行調節。其中，數字增益自動調節環節受控於雷達系統後端的A/D轉換環節和數字濾波環節，通過數字增益自動調節環節動態補償雷達系統前端增益的變化，把雷達測速過程的信號增益處理等效為一個以快速傅立葉變換採樣時間為周期的動態AGC調節過程，始終保證接收到的反射波信號在天線方向圖的中心線位置附近，使得雷達始終工作在天線方向圖的最頂端，最大限度的減少了雷達微波天線波瓣角導致的車輛速度的測量誤差。附圖說明圖1是本實用新型
背景技術：
中提到的雷達測量車輛速度示意圖；圖2是本實用新型
背景技術：
中提到的雷達測速誤差產生示意圖；圖3是本實用新型一實施例提供的一種基於增益控制的雷達測速裝置的流結構示意圖；圖4是本實用新型一實施例提供的窄波雷達天線場強分布圖；圖5是本實用新型一實施例提供的一種基於增益控制的雷達測速裝置的結構示意圖；圖6是本實用新型一實施例提供的雷達測速過程的流程示意圖；圖7是本實用新型一實施例提供的雷達測速信號處理過程的信號增益流程示意圖。具體實施方式下面結合圖3至圖7，對本實用新型做進一步詳細敘述。如圖3所示，本實用新型實施例提供了一種基於增益控制的雷達測速裝置，包括：發射模塊10、接收模塊20、信號放大模塊30、自動增益控制模塊40和信號處理模塊50；發射模塊10用於向目標車輛發送發射波信號，接收模塊20用於接收所述目標車輛的反射波信號並生成都卜勒信號，將都卜勒信號傳輸至信號放大模塊30；信號放大模塊30用於對所述反射波信號進行放大處理，並得到的放大信號傳輸至自動增益控制模塊40；自動增益控制模塊40用於判斷所述放大信號的幅度是否在範圍[m，n]內，若不在，則對所述放大信號的幅度進行調節，以使調節後的信號在所述範圍[m，n]內，並將調節後的信號傳輸至信號處理模塊50，其中a、b為預設的幅度下限值、上限值，單位是0.1mv；信號處理模塊50用於對所述調節後的信號進行處理，得到所述目標車輛的行駛速度。需要說明的是，該處的上限值a、下限值b是根據雷達的工作電壓確定的。比如在雷達的工作電壓為2V至3.3V之間，可處理的反射波信號的幅度範圍是20000至30000，單位為01mv，即可根據天線方向圖中心線位置附近的信號幅度範圍設置範圍[m，n]為[20000，22000]。需要說明的是，在調節後的信號不在範圍[a，b]內時，不對調節後的信號進行數位訊號處理，即不對調節後的信號進行快速傅立葉變換處理。本實用新型實施例提供的技術方案與現有技術相比：現有的微波雷達是根據微波都卜勒原理進行車輛速度的測量，圖4示出了窄波雷達天線場強分布圖，該雷達水平方向角度6度(-3db)，垂直方向夾角28度(-3db)。當主波瓣衰耗到-15db時，天線夾角約為12度，當主波瓣衰耗到-20db時，天線夾角約為30度。根據都卜勒原理，都卜勒頻移fd與車輛速度v具有如下對應關係：fd=2fovcocosα,]]>其中，fd表示都卜勒頻率或差頻，fo表示雷達發射頻率，v表示車輛的速度，co表示光速，α表示車輛運動方向和雷達傳感器與目標車輛連線之間的夾角(如圖1所示)。因此，相對於雷達而言，測出了頻移就可以得出目標車輛的運動速度。但是雷達實際測量角為a±b度，a為雷達測量中心法線與車輛運動方向的夾角，為一常量，b為雷達天線場輻射場強圖中邊緣與中心線的夾角角度，是一變量，其大小與車輛處於天線場強內測量位置有關。這樣導致的實際測量誤差δ為：δ=v1-vvv1=fdco2f0cos(ab)v=fdco2f0cos(a),]]>可得到：其中，v為車輛實際速度，v1為測量速度值。因此，b的角度越大，車輛的測量速度值就越小，與車輛的實際速度相差越大，而雷達在道路實測中，如果雷達信號處理不好，車輛處在天線副波瓣範圍內，那b的角度更大，速度測量誤差就更大。在選定a＝25度，b從+15度到-15度，速度測量誤差δ與夾角b之間的關係如表1所示：表1夾角b(度)+15+14+13+12+11+10誤差百分比+9+8+7+6+5+4夾角b(度)+3+2+1+0-1-2誤差百分比-3-4-5-6-7-8由表1可見，對於一個固定安裝的雷達，當雷達天線場強方向圖越尖銳，表示車輛離雷達中心線越近，其夾角越小，測速誤差就越小。而本實用新型提供的技術方案通過在傳統的雷達測速的信號處理環節增加了數字增益自動調節環節，動態補償雷達系統前端增益的變化，在一個快速傅立葉變換FFT採樣周期內，保證反射波信號的幅度相對穩定，以使雷達始終工作在天線方向圖的最頂端，最大限度的減少了雷達天線波瓣夾角導致的車輛速度測量誤差。如圖5所示，做為本實用新型的優選實施例，在上述實施例中的裝置還包括比較模塊60，用於判斷所述放大信號的幅度是否超過預設值c，若超過，則判定所述放大信號不可信，若不超過，則將所述放大信號傳輸到所述自動增益控制模塊40，其中c>n。需要說明的是，該處的預設值c是根據雷達的工作電壓確定的，比如，雷達的工作電壓是3.3V，那麼可信的反射波信號幅度為30000，其中反射波信號幅度的單位為0.1mv，故可取預設值c為30000。具體地，在判斷過程中，當放大信號的幅度超過30000時，認為該放大信號可能存在削波失真，導致「倍頻」現象，因此判定該放大信號不可信。比如當放大信號的幅度大於30000時，系統判定該放大信號不可信，則系統自動放棄該值，不對該放大信號採樣結果做任何處理，自動跳過後面的處理，重新採樣；當放大信號的幅度小於或等於30000時，認為該放大信號可信，則對該放大信號進行後續的採樣、FFT等處理。本實施例通過在判斷放大後的反射波信號的幅度是否在範圍[m，n]內之前，首先判斷該反射波放大信號是否可信，避免了因為放大後的反射波信號幅度過大，導致可能存在削波失真，產生「倍頻」現象等情況而導致的車輛速度測量存在較大誤差。具體地，如圖5所示，上述實施例中的自動增益控制模塊40具體包括：比較器41和可變增益放大器42；比較器41用於判斷所述放大信號的幅度是否在範圍[m，n]內；可變增益放大器42用於在所述放大信號的幅度不在所述範圍[m，n]內時，對所述放大信號的幅度進行調節，以使調節後的信號在所述範圍[m，n]內，其中m、n為預設的幅度下限值、上限值，每級為Ndb，N為預設常數。需要說明的是，該處的可變增益放大器42為數字AGC。具體地，本實施例中判斷放大信號的幅度是否在預先設定的範圍[m，n]內的過程如圖6所示：S1、判斷所述放大信號的幅度是否大於所述上限值n；S2、若所述放大信號的幅度小於或等於所述上限值b，則執行步驟S3；若所述放大信號的幅度大於所述上限值n，則將所述放大信號的幅度逐級下調，直至調節後的所述放大信號的幅度小於或等於所述上限值n，其中，每個級別為Ndb，N為預設常數；S3、判斷所述調節後的放大信號的幅度是否大於或等於所述下限值a；S4、若所述放大信號的幅度大於或等於所述下限值m，則確定調節後的信號在所述範圍[m，n]內；S5、若所述放大信號的幅度小於所述下限值m，則將所述放大信號的幅度逐級上調，直至調節後的所述放大信號的幅度大於或等於所述下限值m。具體地，該處的N的取值可根據實際需要進行設定，舉例說明，該處的N取值為3，即在放大信號的幅度超過上限值n時，將放大信號的幅度自動下調3db，再判斷下調後的放大信號的幅度是否超過上限值n，若超過，再將放大信號下調3db，直至放大信號的幅度不超過上限值n。需要說明的是，在放大信號的幅度下調至不超過上限值n時，再判斷放大信號的幅度是否超過下限值m，以避免在放大信號的調節過程中，將放大信號的幅度調節至小於下限值m，而出現調節後的放大信號的幅度仍然不在範圍[m，n]內，保證了放大信號的幅度調節的準確性。具體地，上述實施例中的信號處理模塊50具體包括：濾波器51、A/D轉換器52和DSP處理器53；濾波器51用於對所述調節後的信號進行數字低通濾波處理，得到濾波後的信號；A/D轉換器52用於將所述濾波後的信號進行A/D轉換，得到數位訊號；DSP處理器53用於對所述數位訊號進行快速傅立葉變換處理，計算所述目標車輛的行駛速度。具體地，濾波器51具體用於對所述調節後的信號進行小信號濾波處理，以控制所述放大信號在預設調節範圍內進行幅度調節，其中，預設調節範圍為48db。需要說明的是，上述實施例中的可變增益放大器受控於濾波器和A/D轉換器，其中，濾波處理過程採用小信號對所述調節後的信號進行濾波處理，以控制所述放大信號在預設調節範圍內進行幅度調節，其中，預設調節範圍為48db。在實際應用中，由於公路上行駛的車輛類型是隨機的，從雷達信號反射強度看，小型的有摩託車，大型的有全金屬箱體的箱式貨車，其信號的動態增益差範圍遠大於35db，因此，本實施例通過設置設置一個合適的小信號濾波電平，一方面可以將系統動態增益差範圍控制在合理的範圍內(如48db)，另一方面可以避免反射波信號發生削波失真。而且解決了測速雷達現場安裝時信號靈敏度調校難的問題。圖7示出了本實施例中的雷達測速過程中信號的增益流程示意圖，在圖7所示的雷達測速的信號處理的整個流程中，雷達發射功率和天線發射接收增益是固定的，車輛反射波信號的強度是隨機，車輛距測速雷達遠近導致的雷達微波在空間傳輸的損耗是隨機的，雷達信號的潛質放大器的增益是固定的，可變增益放大器的增益是可變的。通過可變增益放大器的增益動態調整動態補償反射波信號的增益變化，以保證雷達始終工作在天線方向圖的最頂端，減小雷達微波天線波瓣夾角導致的測量誤差。通過利用上述實施例提供的雷達測速裝置，對車輛速度測量的精確性進行了檢驗：我們選取某一平直單向3車道瀝青公路路面(單車道路寬3.75米，路面寬度11.5米(3.75米X3+0.25米))，使用我們自主研發的文康.警博士窄波束測速雷達(WKMEP-2型，測速範圍5-250km/h，靜態誤差小於-1km/h，雷達主波瓣水平角度6度，(-3db)，計量產品生產許可證號CMC皖制00000234號)和200萬像素工業相機(CY-2035J)，利用三角架安裝在路邊，距離路邊1.5m，高度1.5m，雷達和相機沿路沿方向夾角25度安裝，測速雷達通過串口數據線與高清工業相機連接，由雷達完成對車輛速度的測量和對相機抓拍的觸發，在被測汽車上(豐田花冠)安裝L-350型非接觸式速度計(測速範圍0.3km/h-250km/h，測速誤差小於±0.1％)，在汽車前面保險槓上固定一塊LED車速顯示屏，當被測車輛通過測試點時，雷達自動觸發相機抓拍車輛圖片，並自動記錄雷達測量值在圖片上，同時在圖片上可以清晰看到當時車輛LED屏上顯示的車輛實際速度值，使被測車輛分別沿3條車道以隨機的速度行駛2次，其中雷達COS角度修正設置成24度，測試的結果如表2所示：表2由表2中數據可以看出，雷達測量的車輛行駛速度與測量的實際行駛速度之間的最大誤差小於3％，該誤差小於國家規定的6％的誤差，精確度很高。當前第1頁1 2 3