超速車輛所在車道檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超速車輛所在車道檢測方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)測速時，無法定位超速車輛的位置的問題。其實(shí)現(xiàn)過程為：1）對回波進(jìn)行混頻和信號提取，得到只含多普勒頻率的低頻分量so(t)；2）將基帶信號數(shù)字化，并構(gòu)造復(fù)接收數(shù)字信號序列，再對復(fù)接收數(shù)字信號序列進(jìn)行加權(quán)，得到輸出矩陣So；3）對加權(quán)后輸出矩陣So作頻譜分析，得到超速車輛的個數(shù)，并提取所有超速車輛的速度信息；4）建立所有車道上只有一輛汽車超速的多目標(biāo)分辨表，利用線性疊加得到多目標(biāo)分辨表，并通過查表判斷超速車輛的位置和速度。本發(fā)明采用最優(yōu)權(quán)方法結(jié)合查表邏輯判斷，減少了需要處理的數(shù)據(jù)量和復(fù)雜度，提高了測速雷達(dá)的角度分辨率，可用于車輛測速和定位。
【專利說明】超速車輛所在車道檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于目標(biāo)檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及交通車輛的速度與位置檢測方法，可用于對超速車輛的分辨及所在的車道定位。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國交通運(yùn)輸事業(yè)的蓬勃發(fā)展，智能交通系統(tǒng)ITS的研究和應(yīng)用越來越得到重視。準(zhǔn)確、實(shí)時、完整的交通信息采集是ITS的基礎(chǔ)，而車輛速度的獲取是車輛檢測器一項(xiàng)極為重要的任務(wù)。如何準(zhǔn)確地分辨出超速車輛，一直是車輛檢測器亟需解決的問題。
[0003]目前，可用于交通測速的信息采集方式主要分為三類:磁頻采集、波頻采集和視頻采集。信息采集器多種多樣，主要有:感應(yīng)線圈檢測器、視頻檢測器、紅外檢測器、微波檢測器、磁力檢測器等。其中:
[0004]1.感應(yīng)線圈檢測器:其傳感器為一組通有電流的環(huán)形感應(yīng)線圈。當(dāng)車輛進(jìn)入環(huán)形感應(yīng)線圈形成磁場時，引起電路中調(diào)諧電流的頻率或相位變化，檢測處理單元通過對頻率或相位變化的響應(yīng)，得出一個檢測到車輛的輸出信號。通常在同一個車道內(nèi)埋兩個感應(yīng)線圈，根據(jù)測定車輛通過前后線圈的脈沖響應(yīng)的時間差，通過距離除以時間就可以測出車速。該方法的主要缺陷是:安裝過程對檢測器的可靠性和壽命影響很大；安裝或維修需要中斷交通；影響路面壽命；易被重型車輛、路面修理等損壞。
[0005]2.視頻檢測器:是將視頻圖像處理和計(jì)算機(jī)圖形識別技術(shù)相結(jié)合的新型采集技術(shù)。它是用視頻攝像機(jī)作為傳感器，在視頻范圍內(nèi)設(shè)置虛擬線圈及檢測區(qū)，車輛進(jìn)入檢測區(qū)時使背景灰度值發(fā)生變化，從而產(chǎn)生檢測信號，通過軟件的分析和處理即得到交通量、平均速度、占有率等交通參數(shù)。該方法的缺點(diǎn)是:檢測精度穩(wěn)定性不高，易受整個系統(tǒng)軟、硬件的限制；大型車輛遮擋隨行的小型車輛、積水反射和晝夜轉(zhuǎn)換可造成檢測誤差；圖形處理計(jì)算量大；實(shí)時性差。
[0006]3.紅外檢測器:主要是利用激光二極管，發(fā)射低能紅外照射檢測區(qū)域，并接收經(jīng)過車輛的反射或散射返回檢測器的回波信號，利用回波信號的頻率變化即可測得車輛的速度。該方法的缺點(diǎn)是:性能受環(huán)境和氣流影響較大；易受車輛本身熱源的影響；抗噪聲能力不強(qiáng)；精度不高。
[0007]4.微波檢測器:此檢測器是一種工作在微波頻段的雷達(dá)探測器。工作時，檢測器向行駛的車輛發(fā)射微波信號，該微波信號通過車輛阻擋產(chǎn)生反射，在反射的過程中由于發(fā)生多普勒效應(yīng)，使得反射波的頻率發(fā)生偏移，根據(jù)這種頻率的偏移即可檢測出有無車輛通過，同時，根據(jù)接收到的反射波的頻率變化，檢測出車輛的速度。利用微波檢測器對交通流量、道路占有率及車速進(jìn)行檢測，不僅實(shí)時性好、穩(wěn)定性高、抗噪聲干擾能力強(qiáng)，而且對于檢測的環(huán)境要求較低，但是這種微波檢測器的最大不足是:由于微波檢測器中微帶天線陣子數(shù)較少，導(dǎo)致微波信號的波束寬度較大，很難實(shí)現(xiàn)高的角度分辨，不能準(zhǔn)確的確定超速車輛的位置信息。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于針對上述微波檢測器的不足，提出一種超速車輛所在車道定位方法，以在保證微波檢測器優(yōu)點(diǎn)的前提下，提高角度分辨率，準(zhǔn)確的確定出超速車輛的位置信息。
[0009]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)思路是，建立只有單個車輛超速情況下的多目標(biāo)分辨表，將只有單個車輛超速的多目標(biāo)分辨表的任意兩列相加，得到有兩輛汽車超速的多目標(biāo)分辨表，進(jìn)而得到多輛汽車超速的多目標(biāo)分辨表；通過對測量的結(jié)果進(jìn)行查表對比，即可確定超速車輛的車道，再通過分析各個波束接收到的目標(biāo)速度信息之間的相關(guān)性，確定具體的某一輛超速車輛對應(yīng)的速度。
[0010]根據(jù)上述思路，其具體方案包括如下步驟:
[0011]A.通過雷達(dá)接收所有車輛的回波，并對接收到的所有車輛的回波進(jìn)行混頻和信號提取，得到只含多普勒頻率的低頻分量S。(t)；
[0012]B.將基帶信號數(shù)字化，并用數(shù)字化后的基帶信號構(gòu)造復(fù)接收數(shù)字信號序列，再對復(fù)接收數(shù)字信號序列進(jìn)行加權(quán)，得到加權(quán)后的輸出矩陣S。；
[0013]C.對加權(quán)后輸出矩陣S。作頻譜分析，得到超速車輛的個數(shù)，并提取所有超速車輛的速度信息；
[0014]D.創(chuàng)建多目標(biāo)分辨表:首先建立所有車道上只有一輛汽車超速的多目標(biāo)分辨表，然后通過線性疊加原理，得到多輛汽車超速時的多目標(biāo)分辨表；
[0015]E.查表判斷當(dāng)前測速時刻超速車輛的位置，并結(jié)合步驟C中的速度信息最終確定出每一個超速車輛的速度。
[0016]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]I)測速平臺易于搭建
[0018]由于雷達(dá)波束的方向性比較好，所以現(xiàn)有技術(shù)對雷達(dá)系統(tǒng)架設(shè)的精度要求較高，硬件平臺難以搭建。本發(fā)明采用離線權(quán)值計(jì)算，可以根據(jù)道路情況設(shè)計(jì)所需要的加權(quán)值，從軟件上改變雷達(dá)的波束指向，使得測速平臺易于搭建；
[0019]2)實(shí)時性好
[0020]現(xiàn)有測速方法需要大量的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的采集過程需要大量的時間，同時對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理也需要很長時間，很難保證實(shí)時性。本發(fā)明需要的數(shù)據(jù)量比較少，另外數(shù)據(jù)處理只包括:信號加權(quán)、快速傅里葉變換和多目標(biāo)分辨查表。前兩個操作可以分解成簡單的乘累加操作，運(yùn)算量比較小，處理時間比較快，可以在任何DSP芯片中快速實(shí)現(xiàn)，同時查表比前兩種操作實(shí)現(xiàn)更簡單所需時間更少，保證了很高的實(shí)時性；
[0021]3)成本低
[0022]現(xiàn)有的技術(shù)為了保證實(shí)時性，要求數(shù)據(jù)的采集和處理速度比較快，往往采用頻率較高的采集芯片和較先進(jìn)的DSP芯片，使得價格比較昂貴。本發(fā)明因?yàn)橹恍枰獙夭ㄟM(jìn)行簡單的處理，僅需要一款簡單的DSP芯片，成本比較低，而且射頻前端是早已普及的微帶陣列天線，進(jìn)一步降低了成本；
[0023]4)精度高
[0024]現(xiàn)有的技術(shù)往往需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行很多步處理，每經(jīng)過一次處理，精度就會下降一次，本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理比較簡單，從而保證了很高的檢測精度；[0025]5)計(jì)算量小
[0026]現(xiàn)有的技術(shù)為了得到道路上車輛的速度和位置信息，往往需要采集大量的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的處理，使得運(yùn)算量比較大。本發(fā)明需要的數(shù)據(jù)量小，而且只需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行快速傅里葉變換，處理過程簡單，從而保證了很小的計(jì)算量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖；
[0028]圖2是本發(fā)明用于四車道的交通測速雷達(dá)的車道和雷達(dá)模型；
[0029]圖3是本發(fā)明用于四車道時綜合出的四個波束方向圖；
[0030]圖4是本發(fā)明用于四車道時在一定空域內(nèi)放大的波束方向圖；
[0031]圖5是本發(fā)明用于四車道時快速傅里葉變換后的結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0032]參照圖1，本實(shí)例的具體實(shí)現(xiàn)步驟如下:
[0033]步驟I，獲得只含多普勒頻率的低頻分量S()(t)。
[0034](Ia)發(fā)射信號采用單頻信號
【權(quán)利要求】
1.一種超速車輛所在車道檢測方法，其特征在于包括如下步驟: A.通過雷達(dá)接收所有車輛的回波，并對接收到的所有車輛的回波進(jìn)行混頻和信號提取，得到只含多普勒頻率的低頻分量s。(t)； B.將基帶信號數(shù)字化，并用數(shù)字化后的基帶信號構(gòu)造復(fù)接收數(shù)字信號序列，再對復(fù)接收數(shù)字信號序列進(jìn)行加權(quán)，得到加權(quán)后的輸出矩陣S。； C.對加權(quán)后輸出矩陣S。作頻譜分析，得到超速車輛的個數(shù)，并提取所有超速車輛的速度?目息; D.創(chuàng)建多目標(biāo)分辨表:首先建立所有車道上只有一輛汽車超速的多目標(biāo)分辨表，然后通過線性疊加原理，得到多輛汽車超速時的多目標(biāo)分辨表； Ε.查表判斷當(dāng)前測速時刻超速車輛的位置，并結(jié)合步驟C中的速度信息最終確定出每一個超速車輛的速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超速車輛所在車道檢測方法，其特征在于步驟A所述的對接收到的所有車輛的回波進(jìn)行混頻和信號提取，按如下步驟進(jìn)行: Al)將接收到的回波信號
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超速車輛所在車道檢測方法，其特征在于步驟B所述的對復(fù)接收數(shù)字信號序列進(jìn)行加權(quán)，按如下步驟進(jìn)行: B1)計(jì)算各個波束的主瓣區(qū)和零陷區(qū)的角度變化范圍，得到各個波束的波束指向Θ !, θ2，…，Θ i, ΘΝ，再根據(jù)波束指向得到指向Θ i的導(dǎo)向矢量這(Θ i)，l≤i≤N:
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超速車輛所在車道檢測方法，其特征在于步驟D所述的建立所有車道上只有一輛汽車超速的多目標(biāo)分辨表，按如下步驟進(jìn)行: Dl)根據(jù)具體車道數(shù)N，確定需要形成的波束個數(shù)η:η=Ν，并以波束個數(shù)η作為多目標(biāo)分辨表的橫坐標(biāo)； D2)根據(jù)單個車輛出現(xiàn)在的不同位置，分為N種情況，并以此N種情況作為多目標(biāo)分辨表的縱坐標(biāo)； D3)以橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)為基準(zhǔn)建立多目標(biāo)分辨表，將超速車輛出現(xiàn)在具體車道時，每一個波束檢測到的超速目標(biāo)個數(shù)填入對應(yīng)的表格。
【文檔編號】G08G1/052GK103745601SQ201410008575
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2014年1月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月8日
【發(fā)明者】蘇濤, 高琦, 張宏飛 申請人:西安電子科技大學(xué)