專利名稱：直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛交通的檢測管理的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種直接檢測和測速的集成車 流量雷達(dá)裝置。
背景技術(shù)：
智能交通系統(tǒng)(ITS)是一種在大范圍內(nèi)、全方位發(fā)揮作用的，實時、準(zhǔn)確、高效的綜合 交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。ITS將有效地利用現(xiàn)有交通設(shè)施、保證交通安全、提高運(yùn)輸效率、并以推 動社會信息化及形成新產(chǎn)業(yè)受到各國的重視。目前已成為世界二十一世紀(jì)的交通發(fā)展方向?，F(xiàn)有技術(shù)中，由于雷達(dá)工作的全天候特點，采用雷達(dá)來完成ITS系統(tǒng)中車流量和車速的 監(jiān)控是目前最好的手段。美國Wavetronix車流量檢測雷達(dá)和加拿大RTMS車流量檢測雷達(dá)都 是調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)體制，根據(jù)各車道與雷達(dá)的距離不一樣而雷達(dá)回波的頻率不一樣來劃 分車道并檢測車流量的，但由于調(diào)頻連續(xù)波有一定帶寬，根據(jù)模糊理論，其測速從理論上講 必然是不準(zhǔn)的，不能準(zhǔn)確測量每輛車的瞬時速度，而且其車流量和車速的檢測算法復(fù)雜，車 道堵塞時易由于零信號的出現(xiàn)而給車流量統(tǒng)計帶來誤差。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是為了提供一種新型的直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置，解決了現(xiàn) 有技術(shù)中車流量檢測雷達(dá)由于調(diào)頻連續(xù)波體制帶來的測速不準(zhǔn)確，以及停車時由于零信號的 出現(xiàn)而給車流量統(tǒng)計帶來誤差的技術(shù)問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案本發(fā)明公開了一種直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置，包括一個信號處理機(jī)以及與之連接的多個雷達(dá)前端，其特征在于所述的雷達(dá)前端由天線、射頻收發(fā)組件、中頻信號處 理電路和直流信號處理電路構(gòu)成；其中，天線與射頻收發(fā)組件相連接，射頻收發(fā)組件分別與中頻信號處理電路以及直流信號處理電路相連接，中頻信號處理電路以及直流信號處理電路 與信號處理機(jī)相連接。所述的射頻收發(fā)組件為一個由一射頻鎖相振蕩器、 一混頻器、 一低噪聲放大器、 一功率放大器、兩個功分器、以及一射頻檢波電路構(gòu)成的一體化結(jié)構(gòu)；其中，射頻鎖相振蕩器、功 率放大器、以及一功分器依次連接，該功分器的一路輸出與所述的天線連接，另一路輸出與混頻器連接，混頻器的輸出與所述的中頻信號處理電路連接，低噪聲放大器的輸入與所述的 天線連接，其輸出與另一功分器的輸入連接，該功分器的一路輸出與混頻器連接，另一路輸 出與射頻檢波電路連接，射頻檢波電路的輸出與所述的直流信號處理電路連接；該組件能將 目標(biāo)反射后的回波信號分成兩路，分別進(jìn)入所述的混頻器和射頻檢波電路；所述的射頻鎖相 振蕩器產(chǎn)生低相位噪聲，高頻穩(wěn)度的單頻連續(xù)波；所述的混頻器對目標(biāo)回波進(jìn)行混頻后得到 中頻信號，該中頻信號包含有目標(biāo)的速度信息；所述的射頻檢波電路對目標(biāo)回波進(jìn)行檢波后 得到直流信號，該直流信號包含車流量信息。整個所述的射頻收發(fā)組件做成一個平面微帶結(jié) 構(gòu)。所述的中頻信號處理電路，對混頻后得到的中頻信號進(jìn)行放大和低通濾波，并輸出到所 述的信號處理機(jī)。所述的直流信號處理電路，對射頻檢波后得到的信號進(jìn)行直流放大、低通濾波和消除抖 動并最后輸出到所述的信號處理機(jī)。消除抖動是通過將直流放大、低通濾波后輸出的信號輸 入到遲滯比較器來實現(xiàn)的。所述的信號處理機(jī)采用DSP微處理器。每個所述的雷達(dá)前端檢測其對應(yīng)的一個車道的車流量和車速信息，多個所述的雷達(dá)前端 共用一個所述的信號處理機(jī)，所述的信號處理機(jī)對各所述的雷達(dá)前端輸出的中頻信號和直流 信號同時采集。所述的信號處理機(jī)將各車道的車流量和速度信息通過串口輸出到外界。 由于采用了以上的方案，使本發(fā)明具備的有益效果在于利用單頻連續(xù)波雷達(dá)測速性能 高的特點，克服了現(xiàn)有的車流量檢測雷達(dá)測速不準(zhǔn)的弱點，同時對射頻檢波輸出的信號進(jìn)行 直流放大、低通濾波和消抖得到一直流信號，然后檢測該直流信號的電平變化來進(jìn)行車流量 的檢測，電路和信號處理都比現(xiàn)有的車流量檢測雷達(dá)簡單。另外用遲滯比較器對射頻檢波輸 出的直流信號進(jìn)行消抖，能使直流信號在有目標(biāo)和無目標(biāo)時分別維持在兩個固定的電平，從 而克服了現(xiàn)有車流量雷達(dá)由于有車時信號出現(xiàn)抖動而造成車道堵塞時車流量統(tǒng)計不準(zhǔn)的問 題，并且能準(zhǔn)確測量車輛通過時間，從而結(jié)合車輛的速度算出車輛的長度，有利于車型判別。


圖l是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的射頻收發(fā)組件的電路結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明的直流信號處理電路中的遲滯比較器的電壓傳輸特性圖。圖4是本發(fā)明一種新型的直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置的一個優(yōu)選實施例的 正向安裝俯視圖。圖5是本發(fā)明一種新型的直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置的一個優(yōu)選實施例的 正向安裝側(cè)視圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。一種直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置，如圖1所示，由雷達(dá)前端2、 3、……、N 和信號處理機(jī)1構(gòu)成，而雷達(dá)前端2包括天線21、射頻收發(fā)組件22、中頻信號處理電路23 和直流信號處理電路24，其中，所述的天線21與射頻收發(fā)組件22相連接，所述的射頻收發(fā)組 件22分別與中頻信號處理電路23以及直流信號處理電路24相連接，所述的中頻信號處理電 路23以及直流信號處理電路24與信號處理1機(jī)相連接，其他所述的雷達(dá)前端3、 4……N其 內(nèi)部組成都如上面所述的雷達(dá)前端2—樣，多個所述的雷達(dá)前端2、 3……N與一個所述的信 號處理機(jī)相連接。如圖2所示，所述的射頻收發(fā)組件22由射頻鎖相振蕩器221、功率放大器222、兩個功 分器223以及225、混頻器224、低噪聲放大器226和射頻檢波電路227構(gòu)成，其中所述的射 頻鎖相振蕩器221與所述的功率放大器222連接，所述的功率放大器222與所述的功分器223 連接，所述的功分器223 —路與圖1中所述的天線21連接，另一路與所述的混頻器224連接， 所述的低噪聲放大器226與圖1中所述的天線21連接，所述的低噪聲放大器226與所述的功 分器225連接，所述的功分器225 —路與所述的混頻器224連接，另一路與所述的射頻檢波 電路227連接，所述的混頻器224與圖1中所述的中頻信號處理電路23連接，所述的射頻檢 波電路227與圖1中所述的直流信號處理電路24連接。本發(fā)明的工作過程如下所述所述的射頻鎖相振蕩器221產(chǎn)生單頻連續(xù)波并經(jīng)所述的功 率放大器222放大后由所述的功分器223分成兩路， 一路作為本振輸入到所述的混頻器224， 另一路由所述的天線21發(fā)射出去，單頻連續(xù)波碰到目標(biāo)被反射回來后經(jīng)所述的天線21接收， 由所述的低噪聲放大器226放大后進(jìn)入所述的功分器225并被分成兩路 一路經(jīng)所述的混頻 器224混頻后輸入所述的中頻信號處理電路23，經(jīng)放大和低通濾波后得到中頻信號，然后輸入至所述的信號處理機(jī)1，所述的信號處理機(jī)1對該中頻信號采樣和FFT變換進(jìn)行頻域分析得 到信號的主要頻率分量，根據(jù)信號的主要頻率分量利用多普勒公式得到目標(biāo)車輛的速度；另 一路經(jīng)射頻檢波電路227后進(jìn)入所述的直流信號處理電路24，經(jīng)過直流放大、濾波和消除抖動后得到直流信號，輸入至所述的信號處理機(jī)l，所述的信號處理機(jī)1根據(jù)直流電平的高低變 化判斷有無車通過，高電平時則代表有車，低電平則代表無車，從而得到車道的車流量信息，計算高電平的持續(xù)時間得車輛通過時間信息，最后將車輛通過時間與車速相乘，得到車輛的 車長，進(jìn)而得到車輛是大車還是小車的車型信息。其中，直流信號處理電路24的消除抖動是 通過將直流放大、低通濾波后輸出的信號輸入到遲滯比較器來實現(xiàn)的。遲滯比較器電壓傳輸 特性如圖3所示。設(shè)經(jīng)過直流放大、低通濾波后的直流信號為UI，遲滯比較器輸出直流信號 為U0，當(dāng)UI由低電平向高電平變化時且UI大于高輸入電平門限UIH時，則UO為高輸出電平 U0H，當(dāng)UI由高電平向低電平變化時且UI小于低輸入電平門限UIL時，則U0為低輸出電平 U0L。由于對雷達(dá)回波進(jìn)行射頻檢波后輸出的直流信號不會維持在固定的電平，而且當(dāng)有目標(biāo) 時，直流信號還會在一定電平值上出現(xiàn)抖動，所以通過調(diào)節(jié)兩個輸入電平門限，則可以使直 流信號處理電路的輸出維持在固定的兩個值，而且由于遲滯比較器的遲滯電壓傳輸特性，能 有效的消除抖動，從而有利于與車流量的測量和車輛通過時間的測量。一個所述的雷達(dá)前端2檢測一個車道的車流量和車速信息，多個所述的雷達(dá)前端2、 3…… N共用一個所述的信號處理機(jī)1。所述的信號處理機(jī)1同時采集各所述的雷達(dá)前端的中頻信號 和直流信號，并計算出各車道的車流量、車速、車輛通過時間和車型信息，最后將統(tǒng)計出來 的各車道的信息通過串口輸出到外界。本發(fā)明在具體使用時，采用正向安裝方式，如圖4和圖5所示。所述的雷達(dá)前端2、 3、 4、 5都安裝在龍門架上，每個所述的雷達(dá)前端都照射一個車道，而多個所述的雷達(dá)前端共用一個 所述的信號處理機(jī)l，所述的信號處理機(jī)1也安裝在龍門架上，安裝時保證每個雷達(dá)前端發(fā)射 的波束覆蓋其所照射的車道。
權(quán)利要求
1. 直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置，包括一個信號處理機(jī)以及與之連接的多個雷達(dá)前端，其特征在于所述的雷達(dá)前端由天線、射頻收發(fā)組件、中頻信號處理電路和直流信號處理電路構(gòu)成；其中，天線與射頻收發(fā)組件相連接，射頻收發(fā)組件分別與中頻信號處理電路以及直流信號處理電路相連接，中頻信號處理電路以及直流信號處理電路與信號處理機(jī)相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置，其特征在于所述的 射頻收發(fā)組件包括一射頻鎖相振蕩器、 一混頻器、 一低噪聲放大器、 一功率放大器、兩個功 分器、以及一射頻檢波電路；其中，射頻鎖相振蕩器、功率放大器、以及一功分器依次連接， 該功分器的一路輸出與所述的天線連接，另一路輸出與混頻器連接，混頻器的輸出與所述的 中頻信號處理電路連接，低噪聲放大器的輸入與所述的天線連接，其輸出與另一功分器的輸 入連接，該功分器的一路輸出與混頻器連接，另一路輸出與射頻檢波電路連接，射頻檢波電 路的輸出與所述的直流信號處理電路連接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置，其特征在于所述的 中頻信號處理電路包括中頻信號放大單元和低通濾波單元。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置，其特征在于所述的 直流信號處理電路包括直流放大單元、低通濾波單元和消除抖動單元。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置，其特征在于所述的 消除抖動單元采用遲滯比較器電路。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置，其特征在于所述的 信號處理機(jī)采用DSP微處理器。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置，其特征在于所述的 雷達(dá)前端安裝于車道上，并與車道一一對應(yīng)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置，其特征在于所述的 信號處理機(jī)通過串口與外部設(shè)備相連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型直接檢測和測速的集成車流量雷達(dá)裝置，由一個信號處理單元和多個雷達(dá)前端構(gòu)成，采用單頻連續(xù)波體制，能準(zhǔn)確測量目標(biāo)車輛速度，對雷達(dá)回波采用射頻檢波的方法，獲得車道車流量信息和車輛通過時間，進(jìn)而結(jié)合車輛速度獲得車型信息，通過對射頻檢波產(chǎn)生的直流電平進(jìn)行硬件去抖動，能有效消除在車道堵塞時由于零信號帶來的車流量統(tǒng)計不準(zhǔn)的問題。本發(fā)明具有全天候工作特性，可檢測靜止車輛，正向方式安裝，無需破壞路面。本發(fā)明的多個雷達(dá)前端共用一個信號處理單元，可根據(jù)車道數(shù)放置相應(yīng)的雷達(dá)前端。本發(fā)明的信號處理單元對各雷達(dá)前端輸出信號進(jìn)同時采集，信號處理簡單且穩(wěn)定性高。
文檔編號G01S13/00GK101231341SQ200710036889
公開日2008年7月30日 申請日期2007年1月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月26日
發(fā)明者孫曉瑋, 楊明輝 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所