本發(fā)明涉及智能交通領(lǐng)域，特別是涉及基于改進(jìn)型SISAR處理方法的車輛狀態(tài)傳感器及智能紅綠燈系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

不堪重負(fù)的城市交通使得道路成為社會(huì)倍感珍惜的環(huán)境資源。智慧出行和智能交通的構(gòu)想讓人們看到了解決交通擁堵難題的曙光。作為智能交通的重要組成，智能紅綠燈系統(tǒng)通過對(duì)道路車流量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集分析，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際需要，由智能紅綠燈系統(tǒng)自行對(duì)交通信號(hào)燈變換時(shí)間間隔進(jìn)行調(diào)整，就能夠克服車流量不均衡，有效挖掘道路通行能力。

人們嘗試過用視頻來(lái)感知車輛信息的方法。視頻感知就是從拍攝的視頻圖像中獲取車輛信息。在霧霾、夜晚、雨雪、沙塵暴等天氣條件下，視頻無(wú)法感知車輛信息，做不到全天候。而惡劣天氣恰恰易出現(xiàn)交通擁堵。目前視頻方案無(wú)成功案例。

國(guó)內(nèi)還有嘗試運(yùn)用地感線圈獲取車輛信息的方案。在距離路口40m的范圍內(nèi)，每一個(gè)車道埋設(shè)地感線圈，這種方案的缺點(diǎn)是施工難度大，維護(hù)成本高。地感線圈的壽命是2～3年，每個(gè)車道需要埋設(shè)十個(gè)線圈，要保證絕大多數(shù)線圈完好，系統(tǒng)可靠工作的時(shí)間會(huì)降到2年之內(nèi)。因此系統(tǒng)的高維護(hù)成本，使得無(wú)法大范圍推廣。

另外，在紅綠燈交通系統(tǒng)改造過程中，采用有線方式傳遞信息需要敷設(shè)電纜。開挖會(huì)破壞路面，而架空明線的方式會(huì)影響道路環(huán)境美化。兩者都要付出成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種能夠解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷的基于改進(jìn)型SISAR處理方法的車輛狀態(tài)傳感器及智能紅綠燈系統(tǒng)。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的基于改進(jìn)型SISAR處理方法的車輛狀態(tài)傳感器，包括接收天線、下變頻模塊、A/D采樣模塊、信號(hào)處理模塊、輸出模塊和控制模塊；其中：

接收天線：用于接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)照射車輛后散射的回波信號(hào)；

下變頻模塊：用于對(duì)接收天線接收的回波信號(hào)進(jìn)行下變頻處理；

A/D采樣模塊：用于將下變頻處理后的回波信號(hào)由模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)；

信號(hào)處理模塊：用于根據(jù)A/D采樣模塊得到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行改進(jìn)型SISAR處理并判斷是否能得出車輛的像：如果能，則判定車輛是運(yùn)動(dòng)的；否則，則判定車輛是靜止的；

輸出模塊：用于將信號(hào)處理模塊的處理結(jié)果輸出；

控制模塊：用于控制接收天線和輸出模塊。

進(jìn)一步，所述信號(hào)處理模塊采用改進(jìn)型SISAR處理方法，包括以下步驟：

S1：根據(jù)式(1)獲得GPS導(dǎo)航衛(wèi)星C/A碼照射時(shí)車輛的復(fù)全息信號(hào)

式(1)中，D(t)為導(dǎo)航數(shù)據(jù)碼，C(t)為C/A碼，為等效為純載頻信號(hào)照射時(shí)車輛的復(fù)全息信號(hào)，通過式(2)得到；

式(2)中，為車輛復(fù)側(cè)影像，根據(jù)式(3)計(jì)算得到，Ψ為車輛運(yùn)動(dòng)方向與基線夾角，λ為GPS導(dǎo)航衛(wèi)星C/A碼載頻的波長(zhǎng)，η為平面中的η坐標(biāo)值，b(t)根據(jù)式(5)計(jì)算得到；

式(3)中，

η、是以車輛中心為原點(diǎn)構(gòu)成的直角坐標(biāo)系中平面的坐標(biāo)值，h(η)為η對(duì)應(yīng)的車輛側(cè)影輪廓上下邊沿的高度差，c(η)為η對(duì)應(yīng)的車輛側(cè)影輪廓中線的高度坐標(biāo)，n₁根據(jù)式(4)計(jì)算得到：

式(4)、(5)中，V為車輛運(yùn)動(dòng)速度，x_p為車輛中心在直角坐標(biāo)系(x,y,z)中x的坐標(biāo)值，z₀為車輛中心在直角坐標(biāo)系(x,y,z)中z的坐標(biāo)值，傳感器所在位置是直角坐標(biāo)系(x,y,z)的原點(diǎn)，x軸平行于ξ軸，y軸平行于η軸，z軸平行于軸，b為衛(wèi)星到傳感器的距離；

S2：根據(jù)式(6)對(duì)GPS導(dǎo)航衛(wèi)星C/A碼照射時(shí)車輛的復(fù)全息信號(hào)進(jìn)行處理，得到等效為純載頻連續(xù)波信號(hào)照射時(shí)車輛的復(fù)全息信號(hào)的近似值E′(t)：

式(6)中，D′(t)為接收信號(hào)解調(diào)出的數(shù)據(jù)碼，C′(t)為信號(hào)跟蹤時(shí)獲得的C/A碼；

S3：對(duì)E′(t)進(jìn)行傅里葉變換，判斷是否能得出車輛的像：如果能，則判定車輛是運(yùn)動(dòng)的；否則，則判定車輛是靜止的。

進(jìn)一步，所述控制模塊包括步進(jìn)電機(jī)和控制單元，控制單元用于控制步進(jìn)電機(jī)和輸出模塊，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)接收天線的轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的空間掃描接收。

本發(fā)明所述的智能紅綠燈系統(tǒng)，包括傳感器。

進(jìn)一步，還包括主控制器和紅綠燈-倒計(jì)時(shí)顯示模塊，主控制器用于根據(jù)傳感器的輸出信號(hào)控制紅綠燈-倒計(jì)時(shí)顯示模塊，紅綠燈-倒計(jì)時(shí)顯示模塊用于實(shí)現(xiàn)紅綠燈和倒計(jì)時(shí)顯示。

進(jìn)一步，還包括第一無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊、輔控制器和第二無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊，其中：

第一無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊：用于將主控制器的輸出信號(hào)發(fā)送出去；

輔控制器：用于將第二無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊接收到的信號(hào)轉(zhuǎn)換為紅綠燈和倒計(jì)時(shí)的指示信號(hào)并發(fā)送給紅綠燈-倒計(jì)時(shí)顯示模塊；

第二無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊：用于接收第一無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送的信息。

進(jìn)一步，還包括路口選擇編碼開關(guān)，所述輔控制器還用于根據(jù)路口選擇編碼開關(guān)選擇接收第一無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊發(fā)送的信號(hào)。

進(jìn)一步，還包括有線傳輸適配器，主控制器通過有線傳輸適配器連接紅綠燈-倒計(jì)時(shí)顯示模塊傳輸模塊發(fā)送的信號(hào)。

有益效果：本發(fā)明公開了一種基于改進(jìn)型SISAR處理方法的車輛狀態(tài)傳感器和智能紅綠燈系統(tǒng)，通過信號(hào)處理模塊改進(jìn)型SISAR的處理判斷是否能獲得車輛的像，來(lái)判斷車輛是運(yùn)動(dòng)還是靜止的。本發(fā)明不受天氣和照明條件的影響，能夠全天候進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)范圍大，可靠性高，有效降低了維護(hù)成本和施工難度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式的傳感器的工作原理圖；

圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式的傳感器的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式的智能紅綠燈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的介紹。

首先介紹一下本具體實(shí)施方式的傳感器的工作原理。衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)照射到路面及車輛上會(huì)產(chǎn)生散射回波，傳感器程序式調(diào)整接收波束方向，沿車輛行駛方向選擇性接收散射回波，然后對(duì)散射回波信號(hào)采用改進(jìn)型SISAR處理方法進(jìn)行信號(hào)處理，實(shí)現(xiàn)道路上車輛是運(yùn)行還是停止的檢測(cè)，并給出道路暢通的區(qū)間和擁堵的區(qū)間信息。如圖1所示，S是車道的方向，Δs_i是車道的一微小段區(qū)域，正好處于裝置接收波束內(nèi)。衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)照射在車道上，圖中標(biāo)注了Δs_i段照射和散射信號(hào)被裝置接收的情況。當(dāng)裝置的接受波束掃描到Δs_i時(shí)，對(duì)其信號(hào)采用改進(jìn)型SISAR處理方法進(jìn)行信號(hào)處理，就可以檢測(cè)出該微區(qū)間有無(wú)車輛及車輛是運(yùn)動(dòng)還是靜止的。接收波束循環(huán)遍歷整個(gè)車道S區(qū)域并反復(fù)檢測(cè)，就得到了車道上車輛流暢和擁堵的區(qū)域。

本具體實(shí)施方式公開了一種基于改進(jìn)型SISAR處理方法的傳感器，如圖2所示，包括接收天線111、下變頻模塊112、A/D采樣模塊113、信號(hào)處理模塊114、輸出模塊115和控制模塊116。衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)照射車輛后散射的回波信號(hào)通過接收天線111進(jìn)行接收，然后通過下變頻模塊112進(jìn)行下變頻處理，接著通過A/D采樣模塊113將模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，再通過信號(hào)處理模塊114判斷是否能得出車輛的像并形成判定結(jié)果，最后通過輸出模塊115將判定結(jié)果輸出。其中，信號(hào)處理模塊114對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理后判斷是否能得出車輛的像：如果能，則判定車輛是運(yùn)動(dòng)的；否則，則判定車輛是靜止的?？刂颇K116用于控制接收天線111和輸出模塊115?？刂颇K116包括步進(jìn)電機(jī)和控制單元，控制單元用于控制步進(jìn)電機(jī)和輸出模塊115，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)接收天線111轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的空間接收。

其中，信號(hào)處理模塊114采用改進(jìn)型SISAR處理方法，陰影逆合成孔徑雷達(dá)方法(SISAR方法)只適用于純載頻信號(hào)照射情形，而衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)不是純載頻信號(hào)，所以對(duì)SISAR方法進(jìn)行了改進(jìn)，以適合對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的處理。主要包括以下步驟：

S1：根據(jù)式(1)獲得GPS導(dǎo)航衛(wèi)星C/A碼照射時(shí)車輛的復(fù)全息信號(hào)

式(1)中，D(t)為導(dǎo)航數(shù)據(jù)碼，C(t)為C/A碼，為等效為純載頻信號(hào)照射時(shí)車輛的復(fù)全息信號(hào)，通過式(2)得到；

式(2)中，為車輛復(fù)側(cè)影像，根據(jù)式(3)計(jì)算得到，ψ為車輛運(yùn)動(dòng)方向與基線夾角，λ為GPS導(dǎo)航衛(wèi)星C/A碼載頻的波長(zhǎng)，η為平面中的η坐標(biāo)值，b(t)根據(jù)式(5)計(jì)算得到；

式(3)中，

η，是以車輛中心為原點(diǎn)構(gòu)成的直角坐標(biāo)系中平面的坐標(biāo)值，h(η)為η對(duì)應(yīng)的車輛側(cè)影輪廓上下邊沿的高度差，c(η)為η對(duì)應(yīng)的車輛側(cè)影輪廓中線的高度坐標(biāo)，n₁根據(jù)式(4)計(jì)算得到：

式(5)中，V為車輛運(yùn)動(dòng)速度，x_p為車輛中心在直角坐標(biāo)系(x,y,z)中x的坐標(biāo)值，z₀為車輛中心在直角坐標(biāo)系(x,y,z)中z的坐標(biāo)值，傳感器所在位置是直角坐標(biāo)系(x,y,z)的原點(diǎn)，x軸平行于ξ軸，y軸平行于η軸，z軸平行于軸，b為衛(wèi)星到傳感器的距離；

S2：根據(jù)式(6)對(duì)GPS導(dǎo)航衛(wèi)星C/A碼照射時(shí)車輛的復(fù)全息信號(hào)進(jìn)行處理，得到等效為純載頻連續(xù)波信號(hào)照射時(shí)車輛的復(fù)全息信號(hào)的近似值E′(t)：

式(6)中，D′(t)為接收信號(hào)解調(diào)出的數(shù)據(jù)碼，C′(t)為信號(hào)跟蹤時(shí)獲得的C/A碼；

S3：對(duì)E′(t)進(jìn)行傅里葉變換，判斷是否能得出車輛的像：如果能，則判定車輛是運(yùn)動(dòng)的；否則，則判定車輛是靜止的。也即判斷得到的譜線圖與車輛的側(cè)影像是否相似：如果相似，則判定車輛是運(yùn)動(dòng)的；否則，判定車輛是靜止的。

本具體實(shí)施方式還公開了一種智能紅綠燈系統(tǒng)，如圖3所示，包括主控制系統(tǒng)1和輔控制系統(tǒng)2，輔控制系統(tǒng)2與路口一一對(duì)應(yīng)。其中，主控制系統(tǒng)1包括基于改進(jìn)型SISAR處理方法的傳感器11、第一無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊12、有線傳輸適配器13和主控制器14，基于改進(jìn)型SISAR處理方法的傳感器11、第一無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊12和有線傳輸適配器13分別與主控制器14相連。輔控制系統(tǒng)2包括紅綠燈-倒計(jì)時(shí)顯示模塊21、第二無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊22、輔控制器23和路口選擇編碼開關(guān)24，紅綠燈-倒計(jì)時(shí)顯示模塊21、第二無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊22和路口選擇編碼開關(guān)24分別與輔控制器23相連。第一無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊12與第二無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊22之間通過無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

其中，主控制器14和輔控制器23的型號(hào)均為MSP430F149。第一無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊12和第二無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊22的型號(hào)均為NRF905。

如果將本具體實(shí)施方式應(yīng)用在“東、西、南、北”四個(gè)交通路口，則輔控制系統(tǒng)2有四個(gè)，分別對(duì)應(yīng)于四個(gè)路口。主控制系統(tǒng)1通過基于改進(jìn)型SISAR處理方法的傳感器11探測(cè)四個(gè)路口的滯留車輛數(shù)，并對(duì)探測(cè)到的信息進(jìn)行優(yōu)化決策處理，得出紅綠燈顯示和倒計(jì)時(shí)顯示的信息并通過第一無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊12發(fā)送出去。輔控制系統(tǒng)2通過第二無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊22接收第一無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊12發(fā)送的信息，并根據(jù)自己的路口選擇編碼開關(guān)24接收符合自己的信息，再將接收到的信息變?yōu)榧t綠燈和倒計(jì)時(shí)的指示信號(hào)發(fā)送給紅綠燈-倒計(jì)時(shí)顯示模塊21。