專利名稱：基于激光和雷達的雙模測速取證系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于激光和雷達的雙模測速取證系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及一種測速技術(shù)，具體涉及一種基于激光和雷達的雙模測速取證系統(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，其市場經(jīng)過前幾年的快速發(fā)展，已相對成熟。現(xiàn)今專用測速設(shè)備主要有視頻檢測、線圈、雷達和激光等幾種，視頻檢測精度低，使用范圍最?。痪€圈式安裝時需要開挖路面，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)見的很長一段時間內(nèi)，測速市場主要以雷達測速和激光測速為主。雷達式的優(yōu)點是便于操作，使用范圍廣，可移動式使用，現(xiàn)在占有最大的市場份額，但其主要應(yīng)用于幾十米左右的短距離測速，百米以上的長距離測速將導(dǎo)致精度大幅降低，且易受干擾；激光式的優(yōu)點是精度高，抗干擾，但主要是測量百米以上長距離目標，不能測量短距離目標且使用相對復(fù)雜。[0003]所有利用雷達波來檢測移動物體速度的原理，其理論基礎(chǔ)皆源自于[多普勒效應(yīng)]。當(dāng)無線電波在行進的過程中，碰到物體時會被反射，而且其反射回來的波，其頻率及振幅都會隨著所碰到的物體的移動狀態(tài)而改變。若無線電波所碰到的物體是固定不動的，那么所反射回來的無線電波其頻率是不會改變的。然而，若物體是朝著無線電波發(fā)射的方向前進時，此時所反射回來的無線電波會被壓縮，因此該電波的率頻會隨之增加；反之，若物體是朝著遠離無線電波方向行進時，則反射回來的無線電波，其頻率則會隨之減小。[0004]測速雷達就是檢測到發(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。由這兩個不同頻率的差值，依特定的比例關(guān)系，而計算出該波所碰撞到的物體的速度。運動目標的多普勒頻率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為目標運動速度；C為電磁波在空氣中的傳播速度，是一個常數(shù)；ft為雷達的發(fā)射頻率，是一個已知量；fd為測量到的運動目標引起的都卜勒頻率，其測量精度由石英晶體振蕩器保證。由fd，C，ft即可計算出目標運動速度Vr。但利用雷達波來檢測車速時，是無法在車陣中檢測到特定車輛的速度，而只能檢測到開在車陣最前面，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，雷達波有效作用范圍就在幾十米左右，如果超出這個距離，在多車道公路上兩車以上并行行駛時，警察用雷達測得超速現(xiàn)象卻無法明確認定那一部車輛違規(guī)。因此，超出這個距離范圍，應(yīng)考慮其他的測速方式。[0007]參見圖1，激光測速原理主要是在脈沖激光測距的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，激光脈沖持續(xù)時間極短，能量在時間上相對集中，瞬時功率大，可以達到很遠的測程進行測距。利用半導(dǎo)體激光器發(fā)出一連串極細的短脈沖光束，根據(jù)每個光脈沖的飛行時間來推算出目標的實際距離，其換算公式為s = ct/2。式中S為待測距離；C為激光在大氣中傳播的速度；t為激光在待測距離上的往返傳播時間。再依據(jù)測到的距離變化，來決定目標移動的速度ν及方向。[0008]根據(jù)激光的原理，激光測速具有以下幾個特點由于光束為射線，測速距離相對于雷達測速有效距離遠，可測100米外；測速精度高，誤差< 1公里；但激光光束必須要瞄準垂直與激光光束的平面反射點，又由于被測車輛距離遠、且處于移動狀態(tài)，而導(dǎo)致執(zhí)勤警員使用相對復(fù)雜、易疲勞。激光測速不能在運動中使用，只能在靜止狀態(tài)下應(yīng)用。實用新型內(nèi)容[0009]本實用新型針對現(xiàn)有測速取證系統(tǒng)所存在的缺陷，而提供一種基于激光和雷達的雙模測速取證系統(tǒng)，該系統(tǒng)利用激光和雷達兩種測速方式的原理互相彌補各自的缺點，其可根據(jù)路況特點全天候全距離監(jiān)測車輛超速行為。[0010]為了達到上述目的，本實用新型采用如下的技術(shù)方案[0011]基于激光和雷達的雙模測速取證系統(tǒng)，所述取證系統(tǒng)包括激光測速模塊、雷達測速模塊以及主控電路，所述主控電路控制連接激光測速模塊和雷達測速模塊。[0012]在本實用新型的一優(yōu)選方案中，所述激光測速模塊包括激光發(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)、光電探測器、信號放大器、整形濾波電路和計數(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)存儲器、總線控制單元、DSP數(shù)字信號處理器芯片、 大規(guī)模邏輯處理器件FPGA、外部高速動態(tài)存儲器SDRAM、視頻傳感器、雷達測速串口、激光測速串口、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，外部高速動態(tài)存儲器SDRAM和CF卡與DSP數(shù)字信號處理器芯片相接，大規(guī)模邏輯處理器件FPGA控制連接IXD顯示模塊、雷達測速串口、激光測速串口，電源模塊與各部分連接。[0014]本實用新型利用激光和雷達兩種測速方式的原理互相彌補各自的缺點，設(shè)計一種基于激光測速和雷達測速的雙模式式測速及取證系統(tǒng)，根據(jù)路況特點全天候全距離監(jiān)測車輛超速行為，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)合附圖和具體實施方式
來進一步說明本實用新型。[0016]圖1為激光測速示意圖。[0017]圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。[0018]圖3為本實用新型中激光測速模塊的框圖。[0019]圖4為測量Δ T示意圖。[0020]圖5為本實用新型中主控電路的示意圖。
具體實施方式
[0021]為了使本實用新型實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進一步闡述本實用新型。[0022]參見圖2，本實用新型提供的基于激光和雷達的雙模測速取證系統(tǒng)包括激光測速模塊100、雷達測速模塊200以及主控電路300，其中主控電路300控制連接激光測速模塊 100和雷達測速模塊200。[0023]雷達測速模塊200主要利用現(xiàn)有市場上普遍使用的雷達探頭，其輸出接口協(xié)議為標準RS232串行接口，主控電路300接收雷達探頭輸出的串行數(shù)據(jù)，根據(jù)協(xié)議格式分析出被測車輛的速度等數(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)、光電探測器、信號放大器、整形濾波電路和計數(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)存儲器301、總線控制單元302、DSP數(shù)字信號處理器芯片303、大規(guī)模邏輯處理器件FPGA304、外部高速動態(tài)存儲器SDRAM305、150萬像素視頻傳感器305、雷達測速串口 307、激光測速串口 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采集機動車超速時刻的視頻數(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]外部高速動態(tài)存儲器SDRAM305、DSP數(shù)字信號處理器芯片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]雷達測速串口 307、激光測速串口 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，其激光測速設(shè)計方法如下(參見圖3)[0035]當(dāng)系統(tǒng)對準目標(如汽車號碼牌)后，激光器發(fā)出一個很強很窄的激光脈沖，這個光脈沖經(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(即激光器準直系統(tǒng))。這樣的光脈沖射到幾百米遠地方，才只有零點幾米直徑的一個光斑(一般實際測量距離為100-300米左右)。[0036]在脈沖發(fā)射出去的同時，其中極小一部分光立即到達探測信號的光敏二極管，于是光信號變成電信號，即光脈沖變成電脈沖。這個電脈沖經(jīng)放大，整形濾波后送入時間測量系統(tǒng)，使其開始計時。把它作為發(fā)射參考信號，用來標識激光發(fā)出的時間，這是計時開始時刻tl。[0037]而射向目標的光脈沖由于目標的漫反射作用，總有一部分光從原路反射回來，于是射向目標的光脈沖在經(jīng)透鏡③匯聚后射向目標點，經(jīng)目標點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將微弱的反射光會聚到小面積的光電探測器(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入時間測量系統(tǒng)，這是計時結(jié)束時刻t2，使其停止計時。由此便可以得到激光往返的時間。[0038]這樣可以得到第一次測量距離S1 = (t2_tl)*c/2。同理，對應(yīng)第二次測量計時開始時刻t3，計時結(jié)束時刻t4，測量距離S2，任意兩次測量開始的時間間隔At—樣?？梢杂嬎愕贸鲞@段時間內(nèi)的速度V1 = (Sl-S2)/(t4-t2)再經(jīng)過多次測量及跟據(jù)最小二乘法運算，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，因此測量光脈沖從發(fā)射，經(jīng)目標反射回，并接收到之間的光飛行時間Δ T是精確測距、測速的關(guān)鍵。[0040]對于Δ T的測量如圖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的時長通過計數(shù)器記數(shù)獲得， START、STOP時長的獲得是通過二個高精度的線性充電器的時幅轉(zhuǎn)換來完成的。光飛行時間 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探測到的機會等于零；因此以激光測速可以明確認定受測目標。[0042]本實用新型的具體應(yīng)用如下[0043]整個雙模式測速系統(tǒng)可分解為短距離和長距離兩種方式，長距離測速切換到激光測速，短距離測速切換到雷達測速，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，實現(xiàn)車牌特寫與全景拍攝，提高取證可靠性。一旦測速儀測到超速車輛，高速圖像捕捉器即刻把兩路攝像機拍到的圖像存到CF卡上，圖像上疊加有測速儀送來的速度、距離、時間、日期和設(shè)定的地點、警號、限速、照片編號及機號等信息，同時通過無線網(wǎng)絡(luò)實時地把圖像傳輸?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)法點聯(lián)系， 及時處理超速違章車輛。[0044]在夜間，配備專用夜拍閃光燈可拍清楚50-100米處遠的車輛；夜拍專用光源放置在測速取證儀前端，兩者通過無線方式遙控觸發(fā)。一旦測速儀測到超速車輛，測速儀首先觸發(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用新型的基本原理、主要特征和本實用新型的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內(nèi)。本實用新型要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
權(quán)利要求1.基于激光和雷達的雙模測速取證系統(tǒng)，其特征在于，所述取證系統(tǒng)包括激光測速模塊、雷達測速模塊以及主控電路，所述主控電路控制連接激光測速模塊和雷達測速模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于激光和雷達的雙模測速取證系統(tǒng)，其特征在于，所述激光測速模塊包括激光發(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)、光電探測器、信號放大器、整形濾波電路和計數(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的雙模測速取證系統(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)存儲器、總線控制單元、DSP數(shù)字信號處理器芯片、大規(guī)模邏輯處理器件FPGA、外部高速動態(tài)存儲器 SDRAM、視頻傳感器、雷達測速串口、激光測速串口、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，外部高速動態(tài)存儲器SDRAM 和CF卡與DSP數(shù)字信號處理器芯片相接，大規(guī)模邏輯處理器件FPGA控制連接IXD顯示模塊、雷達測速串口、激光測速串口，電源模塊與各部分連接。
專利摘要本實用新型公開了基于激光和雷達的雙模測速取證系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激光測速模塊、雷達測速模塊以及主控電路，所述主控電路控制連接激光測速模塊和雷達測速模塊。該系統(tǒng)利用激光和雷達兩種測速方式的原理互相彌補各自的缺點，其可根據(jù)路況特點全天候全距離監(jiān)測車輛超速行為。
文檔編號G01S13/58GK202282073SQ20112032315
公開日2012年6月20日 申請日期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 申請人:公安部第三研究所