單發(fā)射波束三天線微波車速和車型檢測雷達及檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種單發(fā)射波束三天線微波車速和車型檢測雷達及檢測方法，所述檢測雷達包括微波發(fā)射天線以及相互獨立的第一微波接收天線和第二微波接收天線，所述微波發(fā)射天線方向圖主波瓣覆蓋所述第一微波接收天線和第二微波接收天線的方向圖主波瓣，且第二微波接收天線方向圖主波瓣寬度小于第一微波接收天線。該檢測雷達通過測量車輛進入兩接收天線波束覆蓋范圍對應位置天線方向圖主波瓣寬度在地面的投射寬度的時間以及通過兩投射寬度的時間，通過解方程組的方式計算得出對應車速和車長等信息，并可同步檢測車速、車長、行駛方向信息，雷達系統(tǒng)簡單，節(jié)約成本，功耗低，結合多種檢測方式，誤差小精度高。
【專利說明】
單發(fā)射波束三天線微波車速和車型檢測雷達及檢測方法
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于智能交通系統(tǒng)信息采集領域，具體的涉及一種單發(fā)射波束三天線微波車速和車型檢測雷達及檢測方法?！颈尘凹夹g】
[0002]實時交通信息是智能交通系統(tǒng)(ITS)的最基本的信息源之一，只有對各道路實時交通信息有了準確地掌握才能有效地實施和發(fā)揮諸如公眾出行服務、交通行車誘導、智能紅綠燈控制之類的ITS功能，因此對交通信息的實時檢測技術是ITS技術中最核心也是最基本的技術之一。
[0003]微波雷達檢測具有波長短、頻帶寬、方向性好和穿透能力強等優(yōu)點，克服了地面感應線圈和視頻檢測方式中適應性差的缺點。目前微波雷達交通流量探測裝置有正向安裝方式和側向安裝方式:正向安裝方式能準確測出每車道的流量和單車速度，但每個車道都需要安裝一個雷達，車道數(shù)越多，成本越高。側向安裝方式僅需一個雷達可以監(jiān)控多達10個車道的交通信息，因此側向安裝更受人們青睞。專利CN101915921A，雙波束四天線微波交通信息檢測雷達及信息檢測方法中，以及CN102169180A，雙波束三天線微波交通信息檢測雷達和方法，分別使用雙波束四天線、雙波束三天線，通過測量車輛在雙波束之間的延時來計算速度。兩者使用雙發(fā)射波，兩路信號收發(fā)單元，結構復雜，成本高，功耗大。專利 CN102798862A，一種交通測速方法及裝置中使用FFT方法中頻信號變換到頻率域以實現(xiàn)測速，系統(tǒng)較為復雜。
【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明要解決的問題是:提供一種系統(tǒng)簡單，功耗低、精度高的單發(fā)射波束三天線微波車速和車型檢測雷達及檢測方法。
[0005]為解決上述問題，本發(fā)明提供的技術方案是:一種單發(fā)射波束三天線微波車速和車型檢測雷達，本技術方案中，包括微波發(fā)射天線以及相互獨立的第一微波接收天線和第二微波接收天線，所述微波發(fā)射天線方向圖主波瓣覆蓋所述第一微波接收天線和第二微波接收天線的方向圖主波瓣，且第二微波接收天線方向圖主波瓣寬度小于第一微波接收天線。
[0006]進一步，優(yōu)選的，所述微波發(fā)射天線方向圖主波瓣與第一微波接收天線方向圖主波瓣重合，所述第一微波接收天線和第二微波接收天線方向圖主波瓣中心線夾角為a，其中 a>:0〇
[0007]進一步的，所述第一微波接收天線和第二微波接收天線與一混頻器相連，所述混頻器輸出相互正交的兩路中頻信號，兩路中頻信號送至數(shù)字信號處理單元處理，處理后的雷達信號經(jīng)軟件檢測分析車速和車長相關信息。
[0008]更進一步的，所述數(shù)字信號處理單元與外界計算機之間通過人機接口單元相連接。
[0009]采用上述單發(fā)射波束三天線微波車速和車型檢測雷達檢測車速與車型的方法，其具體步驟如下:
[0010]1)將所述雷達側向安裝于車輛行駛路段，分別測量第一微波接收天線和第二微波接收天線方向圖主波瓣覆蓋范圍在地面的投射寬度^和％，經(jīng)校準后制作投射寬度…^:^與天線距尚的關系圖表；
[0011]2)利用雷達測量其與車輛之間的距離，經(jīng)M2與天線距離的關系圖表得出汽車進入第一微波接收天線和第二微波接收天線波束覆蓋范圍位置對應的M2值；
[0012]3)測量車輛在第一微波接收天線波束覆蓋范圍內行駛時間t以及在第二微波接收天線波束覆蓋范圍內行駛時間t2;
[0013]4)車輛長度為L，行駛速度為V，則可得出如下關系式:
[0014]ti=(ffi+L)/V
[0015]t2= (ff2+L)/V
[0016]通過上述兩關系式，計算得出
[0017]v= (Wi_W2)/(ti_t2)，
[0018]L= (ff2 X t1-ffi X t2)/(t2~ti)
[0019]并基于車輛長度L對車型進行分類。
[0020]進一步的，所述步驟(1)中還測量了投射寬度WjPW2前沿距離差d，并經(jīng)校準后制作前沿距離差d與天線距離的關系圖表;所述步驟(3)中還測量了第一微波接收天線和第二微波接收天線接受信號前沿延時t;所述汽車行駛速度V = d/i。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點是:采用單微波發(fā)射單元，兩個相互獨立的微波接收單元三天線的微波雷達，減少了微波單片集成電路芯片的使用，節(jié)約成本，采用單發(fā)射波束，降低功耗;并保留了側向安裝微波雷達的優(yōu)點，同時又能準確檢測車輛實時速度、行駛方向以及車輛類型;可采取不同測量和計算方法檢測車輛速度，并綜合考慮多組測量結果，誤差小，精度高； 車速與車輛長度計算為求解簡單的二元一次方程組，系統(tǒng)簡單，分析效率高?！靖綀D說明】
[0022]下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述
[0023]圖1為本發(fā)明實施例1的檢測雷達的天線方向圖主波瓣分布圖。
[0024]圖2為本發(fā)明實施例1的檢測雷達測量車速和車身長度示意圖。
[0025]圖3為本發(fā)明實施例1的檢測雷達檢測車輛行駛方向示意圖。
[0026]圖4為本發(fā)明實施例1的檢測雷達檢測車輛行駛方向示意圖。
[0027]圖5為本發(fā)明實施例2的檢測雷達的天線方向圖主波瓣分布圖。
[0028]其中:1.微波發(fā)射天線;2.第一微波接收天線;3.第二微波接收天線。[〇〇29]實施例1:[〇〇3〇]一種單發(fā)射波束三天線微波車速和車型檢測雷達，包括微波發(fā)射天線1以及相互獨立的第一微波接收天線2和第二微波接收天線3,其中微波發(fā)射天線1方向圖主波瓣寬度為0T，第一微波接收天線2方向圖主波瓣寬度為0R1，第二微波接收天線3方向圖主波瓣寬度為9r2，所述微波發(fā)射天線1方向圖主波瓣覆蓋所述第一微波接收天線2和第二微波接收天線 3的方向圖主波瓣，且第二微波接收天線3方向圖主波瓣寬度小于第一微波接收天線2,即0R2<0R1?；蛘咄ㄟ^調整接收通道增益，形成事實上的類似的接收天線主波瓣方向圖效果。本例中所述微波發(fā)射天線1方向圖主波瓣與第一微波接收天線2方向圖主波瓣重合，S卩0T=0R1。所述第一微波接收天線2和第二微波接收天線3方向圖主波瓣中心線夾角為a，其中a>0,如圖 1所示。
[0031]所述第一微波接收天線2和第二微波接收天線3分別與一混頻器相連，所述混頻器輸出獨立的兩路中頻信號，兩路中頻信號送至數(shù)字信號處理單元處理，處理后的雷達信號經(jīng)軟件檢測分析車速和車長相關信息，所述數(shù)字信號處理單元與外界計算機之間通過人機接口單元相連接，并通過計算機發(fā)布檢測的車速和車型等相關信息。
[0032]利用上述單發(fā)射波束三天線微波車速和車型檢測雷達檢測車速和車身長度的具體步驟如下:
[0033]1)將所述雷達側向安裝于車輛行駛路段一定高度處，預先測量離天線不同距離處第一微波接收天線2和第二微波接收天線3的方向圖主波瓣覆蓋范圍在地面的投射寬度1 和W2,經(jīng)校準后制作投射寬度^:^與天線距離的關系圖表;對應的還可測量出離天線不同距離處第一微波接收天線2和第二微波接收天線3波束投影寬度^與％前沿距離差d(如圖 2)，經(jīng)校準后一并制作前沿距離差d與天線距離的關系圖表；
[0034]2)本測量方法配合FMCW或者脈沖壓縮體制雷達使用，利用雷達測量雷達與車輛之間的距離，經(jīng)查閱…^:^與天線距離的關系圖表得出汽車進入第一微波接收天線2和第二微波接收天線3波束覆蓋范圍位置對應的^:^值，如圖2所示。
[0035]3)由于雷達微波發(fā)射天線方向圖主波瓣與第一微波接收天線方向圖主波瓣寬度相同，并且覆蓋第二微波接收天線方向圖主波瓣，當汽車行駛在9R1的方向圖主波瓣之內時， 第一個微波接收天線2有信號輸出；當汽車行駛在0R2天線方向圖主波瓣之內時，第一微波接收天線2和第二微波接收天線3有信號輸出。當同一輛長度為L的汽車以速度V，連續(xù)穿過1 和％，汽車在第一微波接收天線2波束投影寬度I內行駛時間七即為第一微波接收天線2信號輸出的持續(xù)時間，汽車在第二微波接收天線3波束投影寬度W2內行駛時間即為第二微波接收天線3信號輸出的持續(xù)時間t2,還可以測量第一微波接收天線2和第二微波接收天線3 接受信號前沿延時t(如圖3)，即是第一微波接收天線2有信號輸出到第二微波接收天線3有信號輸出的時間差；[〇〇36]4)車輛長度為L，行駛速度為V，根據(jù)步驟3)中所測得的數(shù)據(jù)，則有以下兩個方程成立:
[0037]ti=(ffi+L)/V (1)
[0038]t2=(ff2+L)/V(2)[〇〇39]以和丨2可以由上述雷達系統(tǒng)電子電路測得，數(shù)值與汽車和雷達之間的距離有關，對于一定的距離值，結合投射寬度…^:^與天線距離的關系圖表，可得到具體的1、 W2值，那么在上面的方程(1)和(2)中，以42，11，12是已知量，只有1和￥是未知量。所以方程 (1)和(2)構成二元一次方程組，可以求解如下:
[0040]V= (Wi_W2)/(ti_t2)
[0041]L= (ff2 X t1-ffi X t2)/(t2~ti)
[0042]或者 L = VXt1-Wi，L = VXt2-W2[〇〇43]此外，還可以通過測量的前沿延時t，并結合投影寬度^與％前沿距離差d計算汽車速度V = dA，結合兩種速度測量方法，有效提高了速度測量精度，進一步通過測得汽車車身長度L對車型進行分類。
[0044]本發(fā)明方法還可以檢測車輛行駛方向，如圖1中，第二微波接收天線3方向圖主波瓣中心線相對第一微波接收天線2向右偏移一定角度a，a>〇,當車輛由左向右行駛時，七相對t2前沿延時T較大，如圖3所示；當車輛由右向左行駛時，ti相對t2前沿延時T較小，如圖4所示。對T值的判斷取決于偏移角度a的大小。本例中天線布置時a取值較大，如圖1，第二微波接收天線3方向圖主波瓣右側與第一微波接收天線2主波瓣右側接近重合，當車輛由右向左行駛相對^前沿延時t幾乎為零，而當車輛由左向右行駛t相對^前沿延時t為較大的數(shù)值。通過判斷t值是否接近為零可以判斷車輛行駛方向。
[0045]實施例2:[〇〇46] 一種單發(fā)射波束三天線微波車速和車型檢測雷達，包括微波發(fā)射天線1以及相互獨立的第一微波接收天線2和第二微波接收天線3,其中微波發(fā)射天線1方向圖主波瓣寬度為0T，第一微波接收天線2方向圖主波瓣寬度為0R1，第二微波接收天線3方向圖主波瓣寬度為9r2，所述微波發(fā)射天線1方向圖主波瓣覆蓋所述第一微波接收天線2和第二微波接收天線 3的方向圖主波瓣，且第二微波接收天線3方向圖主波瓣寬度小于第一微波接收天線2,即0R2 <0R1，也可通過調整接收通道增益，形成事實上的類似的接收天線主波瓣方向圖效果如圖5 所示。
[0047]所述第一微波接收天線2和第二微波接收天線3與一混頻器相連，所述混頻器輸出相互正交的兩路中頻信號，兩路中頻信號送至數(shù)字信號處理單元處理，處理后的雷達信號經(jīng)軟件檢測分析車速和車長相關信息，所述數(shù)字信號處理單元與外界計算機之間通過人機接口單元相連接，并通過計算機發(fā)布檢測的車速和車型等相關信息。本例中車速V和車身長度L檢測方法與步驟同實施例1。
[0048]上述實例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發(fā)明的內容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種單發(fā)射波束三天線微波車速和車型檢測雷達，其特征在于，包括微波發(fā)射天線 (1)以及相互獨立的第一微波接收天線(2)和第二微波接收天線(3)，所述微波發(fā)射天線(1) 方向圖主波瓣覆蓋所述第一微波接收天線(2)和第二微波接收天線(3)的方向圖主波瓣，且 第二微波接收天線(3)方向圖主波瓣寬度小于第一微波接收天線(2)，或者，通過調整接收 通道增益，形成事實上的類似的接收天線主波瓣方向圖效果。2.根據(jù)權利要求1所述的單發(fā)射波束三天線微波車速和車型檢測雷達，其特征在于，所 述微波發(fā)射天線(1)方向圖主波瓣與第一微波接收天線(2)方向圖主波瓣重合，所述第一微 波接收天線(2)和第二微波接收天線(3)方向圖主波瓣中心線夾角為a，其中a>0。3.根據(jù)權利要求1或2所述的單發(fā)射波束三天線微波車速和車檢測雷達，其特征在于， 所述第一微波接收天線(2)和第二微波接收天線(3)與一混頻器相連，所述混頻器輸出相互 正交的兩路中頻信號，兩路中頻信號送至數(shù)字信號處理單元處理，處理后的雷達信號經(jīng)軟 件檢測分析車速和車長相關信息。4.根據(jù)權利要求3所述的單發(fā)射波束三天線微波車速和車檢測雷達，其特征在于，所述 數(shù)字信號處理單元與外界計算機之間通過人機接口單元相連接。5.—種使用權利要求1所述的雷達檢測車速和車型的方法，其特征在于方法步驟如下:1)將所述雷達側向安裝于車輛行駛路段，分別測量第一微波接收天線(2)和第二微波 接收天線(3)方向圖主波瓣覆蓋范圍在地面的投射寬度WjPW2，經(jīng)校準后制作投射寬度1、 W2與天線距尚的關系圖表；2)利用雷達測量其與車輛之間的距離，經(jīng)Ms與天線距離的關系圖表得出汽車進入第 一微波接收天線(2)和第二微波接收天線(3)波束覆蓋范圍位置對應的1、W2值；3)測量車輛在第一微波接收天線(2)波束覆蓋范圍內行駛時間t以及在第二微波接收 天線(3)波束覆蓋范圍內行駛時間t2;4)車輛長度為L，行駛速度為V，則可得出如下關系式:ti=(ffi+L)/Vt2= (ff2+L)/V通過上述兩關系式，計算得出V= (Wl_W2)/(tl_t2)，L=(ff2Xtl-fflXt2)/(t2~tl)并基于車輛長度L對車型進行分類。6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中還測量了投射寬度WdPW^ 沿距離差d，并經(jīng)校準后制作前沿距離差d與天線距離的關系圖表;所述步驟(3)中還測量了 第一微波接收天線(2)和第二微波接收天線(3)接受信號前沿延時k所述汽車行駛速度V = d/T〇
【文檔編號】G01P3/64GK106093458SQ201610389592
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月3日 公開號201610389592.X, CN 106093458 A, CN 106093458A, CN 201610389592, CN-A-106093458, CN106093458 A, CN106093458A, CN201610389592, CN201610389592.X
【發(fā)明人】張樂勇
【申請人】高文江