專利名稱：交通監(jiān)控用微波監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種交通監(jiān)控用微波檢測裝置。
隨著世界上交通事業(yè)的發(fā)展，公路、尤其是高速公路上的車輛日益增多，在交通高峰期間、假日及發(fā)生車禍時往往出現(xiàn)交通堵塞。為減少車禍，以及在交通堵塞時調(diào)度車輛，需要對公路上的車流量、車速等進行監(jiān)測，然后由監(jiān)測中心根據(jù)監(jiān)測所獲知的交通情況統(tǒng)一指揮。早期測量車流量的方法是將感應(yīng)線圈作為探測器埋在公路車道下，當車輛通過時，產(chǎn)生感應(yīng)信號，從而達到記錄車流量的目的。由于探測器埋在路面下，當路面壓出裂縫、向下漏雨水時，該傳感器就會失效，更換修理時需挖開路面，影響交通。
近三十年來，國際上出現(xiàn)利用微波檢測手段進行交通監(jiān)控。美國專利US-3181150披露了一種微波檢測裝置，由微波收發(fā)器、多普勒信號處理器以及信號檢測器組成，它將多普勒信號轉(zhuǎn)變?yōu)槊}沖，向電容器充電的方式指示車流量和車輛型號，這種模擬的處理信號方式比較簡單，但判斷準確性不高。另一篇美國專利US-3422429也披露了一種微波檢測裝置，由微波收發(fā)器、寬帶放大器、多普勒信號處理器和信號檢測器組成，其中的多普勒信號處理器采用模擬手段來實現(xiàn)，輸出量是方波模擬量，這樣的處理手段性能不穩(wěn)定，故障率高，尤其是采用輸出方波的寬度來指示車輛速度，輸出方波寬度越寬，車輛速度越小，既不直觀，準確性也不高。英國GEC交通公司于1993年11月在中國國際交通展覽會上展示了即將投放市場的MD-10型運動車輛微波檢測器，利用多路不同頻率的模擬濾波器進行信號處理，采用微波工作頻率為24.2GHz。這樣的檢測器體積小，但不能分辨車輛是迎面還是遠離，且分辨率低，橫向分辨率為7公尺，而且這樣的工作頻率不是國際上公路交通監(jiān)控中通用的頻率，對環(huán)境保護有影響。
本實用新型的目的是提供一種設(shè)備小、分辨率較高、且測量數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠的公路交通監(jiān)控用微波檢測裝置。
為達到上述目的，本實用新型的微波檢測裝置，包括微波收發(fā)器、寬帶放大器和多普勒信號處理器，該多普勒信號處理器是A/D數(shù)字信號處理器，它包括AD變換器、DSP芯片、程序存儲器和晶體振蕩器，AD變換器接受來自寬帶放大器的信號，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，送入DSP芯片，晶體振蕩器向DSP芯片提供時鐘信號，由程序存儲器控制DSP芯片對來自AD變換器的信號完成濾波、求模、選大和門限比較后輸出數(shù)據(jù)。
作為本實用新型的一種變化，該A/D數(shù)字信號處理器還包括一個門限產(chǎn)生器，它與DSP芯片電連接，接受DSP芯片的控制，將門限信號送到DSP芯片。程序存儲器控制DSP芯片對來自AD變換器的信號完成濾波、求模、選大之后，將其與來自門限產(chǎn)生器的信號比較后再輸出數(shù)據(jù)。
作為本實用新型的進一步改進，其中的微波收發(fā)器由收發(fā)天線和雙工器構(gòu)成，該收發(fā)天線可以是喇叭型的初級饋源，也可以由截拋物面反射器和喇叭型的初級饋源構(gòu)成，雙工器由體效應(yīng)振蕩器，混頻器和波導(dǎo)等構(gòu)成；初級饋源、體效應(yīng)振蕩器、混頻器和波導(dǎo)結(jié)合成一個整體件，體效應(yīng)振蕩器和混頻器置于與初級饋源相連接的波導(dǎo)腔內(nèi)，混頻器位于體效應(yīng)振蕩器的前方，更靠近初級饋源。
作為本實用新型的更進一步改進，其中微波收發(fā)器包括2至4個由初級饋源、體效應(yīng)振蕩器、混頻器結(jié)合而成的整體件，它們共用一個截拋物面反射器。與此相應(yīng)，該微波檢測裝置包含有與整體件相同數(shù)量的寬帶放大器和A/D數(shù)字信號處理器。
作為本實用新型的另一種改進，該微波收發(fā)器中有兩個混頻器，兩者沿波導(dǎo)長度方向相距1/4波長，從而該微波收發(fā)器輸出兩個相位相差90°的輸出信號，當體效應(yīng)振蕩器位于波導(dǎo)腔中心線上，而該兩混頻管偏離波導(dǎo)中心線、位于其兩側(cè)時效果更好；該寬帶放大器是正交兩路寬帶放大器；在該正交兩路寬帶放大器與A/D數(shù)字信號處理器之間還有一個車流方向選擇器。該車流方向選擇器可以采用這樣的結(jié)構(gòu)，它包括整形電路、方波前后沿產(chǎn)生電路、與非門、電位產(chǎn)生器、方向選擇門電路和電子開關(guān)，來自正交兩路寬帶放大器的兩路信號中的一路經(jīng)整形后，送入方波前后沿產(chǎn)生電路，取其前、后沿脈沖分別與另一路經(jīng)整形的信號在與非門相與，送入電位產(chǎn)生器，經(jīng)方向選擇門電路控制電子開關(guān)送出所需信號。
作為本實用新型的更進一步改進，在A/D數(shù)字信號處理器之后設(shè)置一個數(shù)據(jù)處理器，對來自A/D數(shù)字信號處理器的輸出數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。
作為本實用新型的更進一步改進，在A/D數(shù)字信號處理器之前有一個抗混濾波器，它是由兩個二階壓控電壓源濾波器串聯(lián)構(gòu)成的四階有源濾波器，該抗混濾波器對寬帶放大器的輸出信號或者對車流方向選擇器的輸出信號限制頻帶后，送至A/D數(shù)字信號處理器中的AD變換器。
對于本實用新型來說，由于采用了AD變換器、DSP芯片、程序存儲器和晶體振蕩器組成的A/D數(shù)字信號處理器，就可以對多普勒信號進行數(shù)字處理，從而可減小設(shè)備體積、提高分辨率、增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。尤其是在A/D數(shù)字信號處理器中，借助程序存儲器控制數(shù)字信號處理(DSP)芯片完成濾波、求模、選大、門限比較和判別信號有無，就可以排除虛假干擾信號，從而減少誤檢率。
當將微波收發(fā)器中的初級饋源、體效應(yīng)振蕩器、混頻器和波導(dǎo)結(jié)合成一個整體件，將混頻器、體效應(yīng)振蕩器置于波導(dǎo)腔內(nèi)時進一步縮小了雙工器的體積。在這種情況下，多個初級饋源可共用一個截拋物面反射器，形成多個波束，就可同時對一條道路上的多個車道分別進行檢測，這特別適合于多車道的高速公路。
當該微波檢測裝置中采用了正交兩路寬帶放大器，在其與A/D數(shù)字信號處理器之間，增加一個車流方向選擇器，與此同時微波收發(fā)器有兩個沿波導(dǎo)長度方向相距1/4波長的混頻管時，就可以對該微波收發(fā)器輸出的兩個相位相差90。的輸出信號進行處理和選擇，從而確定被檢測的車輛是迎向還是背離微波檢測裝置照射方向的車流。這特別適用于有來回行駛車輛的普通公路上。
當微波檢測裝置中還包括一個數(shù)據(jù)處理器時就可以在現(xiàn)場對數(shù)據(jù)按照需要進行處理后直接送到交通監(jiān)控中心數(shù)據(jù)網(wǎng)上，作宏觀車輛調(diào)度管理。
對于本實用新型的微波檢測裝置，采用國際允許的的通用工作頻率10.525GHz后，響應(yīng)時間小于100毫秒，測量范圍為5公里/小時～160公里/小時，測速分辨率5公里/小時，橫向檢測分辨率為3公尺，縱向檢測分辨力為7公尺，單車道誤檢率小于5％。
以下結(jié)合附圖對本實用新型具體實施方式
作進一步詳細的說明。


圖1是本實用新型第一種實施方式單車道微波檢測裝置的方框圖；圖2是本實用新型微波檢測裝置中微波收發(fā)器的初級饋源、體效應(yīng)振蕩器、混頻器和波導(dǎo)整體件結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是圖1所示寬帶放大器的線路原理圖；圖4是本實用新型微波檢測裝置中A/D數(shù)字信號處理器的方框圖；圖5是圖4所示A/D數(shù)字信號處理器的線路原理圖；圖6是另一種A/D數(shù)字信號處理器的線路原理圖，與圖5的區(qū)別在于其不帶門限產(chǎn)生器；圖7是本實用新型另一種單車道微波檢測裝置的方框圖；圖8是圖7所示檢測裝置中的數(shù)據(jù)處理器的方框圖；圖9是圖8所示數(shù)據(jù)處理器的線路原理圖；圖10是圖7所示微波檢測裝置中的抗混濾波器的線路圖；圖11是本實用新型三車道微波檢測裝置的方框圖圖12是本實用新型中另一種可識別車輛行駛方向的單車道微波檢測裝置的方框圖；圖13是圖12所示微波檢測裝置中微波收發(fā)器的初級饋源、體效應(yīng)振蕩器、混頻器和波導(dǎo)整體件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖14是圖12所示微波檢測裝置中車流方向選擇器的方框圖；圖15是圖14所示車流方向選擇器的線路原理圖；圖16是圖14所示車流方向選擇器中的波形圖。
圖1所示為單車道微波檢測裝置，由微波收發(fā)器1、寬帶放大器2，A/D數(shù)字信號處理器5和數(shù)據(jù)輸出接口7組成。
微波收發(fā)器1發(fā)出微波波束照在公路路面上，當有車輛通過波束時，回波信號返回到微波收發(fā)器1，得到多普勒信號。多普勒信號經(jīng)寬帶放大器2將信號放大后，送到A/D數(shù)字信號處理器5，在其中進行多路濾波(FFT)、求模、選大、門限比較，從而輸出與車輛數(shù)量和時速有關(guān)的數(shù)據(jù)信息，送到數(shù)據(jù)輸出接口7。
圖2為不帶截拋物面反射器的微波收發(fā)器1，由收發(fā)天線和雙工器構(gòu)成。該收發(fā)天線為一個喇叭型初級饋源13(偏饋源)，雙工器由體效應(yīng)振蕩器14、混頻器15和波導(dǎo)腔16構(gòu)成。初級饋源13，體效應(yīng)振蕩器14、混頻器15和波導(dǎo)腔16結(jié)合成一整體件。體效應(yīng)振蕩器14和混頻器15置于與初級饋源13相連接的波導(dǎo)腔16內(nèi)，混頻器15位于體效應(yīng)振蕩器14的前方，更靠近初級饋源13。當然該微波收發(fā)器1中的收發(fā)天線還可包括一個截拋物面反射器19(見圖7)，使發(fā)射的微波波束變窄，以照射更遠的公路路面。圖1中的寬帶放大器2可采用普通的低噪聲寬帶放大器。圖3給出一種普通低噪聲寬帶放大器的線路原理圖，它主要由低噪聲晶體三極管3DG30、型號為MC1350的可調(diào)增益放大集成塊IC2以及型號為UA741的普通放大集成塊IC3組成。從微波收發(fā)器1得到的多普勒信號從圖左電容C1處進入，經(jīng)過晶體三極管3DG30進行第一級放大；通過電容C4再進入MC1350集成塊IC2進行第二級放大；再經(jīng)過電容C8、電阻R11到達UA741集成塊IC3，進行第三級放大；最后將信號從UA741集成塊IC3的第六端經(jīng)電容C13輸出。型號為UA78L06CP的集成塊IC1是穩(wěn)壓塊，將電源降壓供晶體三極管3DG30使用。對于本實用新型來說，采用的寬帶放大器并不局限于圖3所示情況，它可以采用三級放大，也可采用二級放大或四級放大，只要其為一種低噪聲寬帶放大器，其放大倍數(shù)大于20dB即可。在圖3所示線路中，其放大倍數(shù)為36dB。
圖4為圖1所示微波檢測裝置中A/D數(shù)字信號處理器的方框圖，它包括AD變換器8、DSP芯片9、程序存儲器10、晶體振蕩器11和門限產(chǎn)生器12。
圖5是圖4所示A/D數(shù)字信號處理器的一種線路原理圖，其中AD變換器8選用型號為CA3306的集成塊IC116，當然也可選用其他類似型號的集成塊，或者用分立元件組合成AD變換器。
DSP芯片9選用型號為TMS32010的集成塊IC108，也可選用具有類似性能的其他型號的芯片，在圖5中還給出了保證DSP芯片正常工作的復(fù)位電路91，復(fù)位電路91由+5V電源、電阻R104、電容C104、二極管D101和按鈕開關(guān)K101組成。它們與TMS32010集成塊IC108的RS端相連，合適選用R104和C104可以保證接通電源時C104電壓很慢上升，即保證RS端所需要的低電平時間，滿足使處理器初始化的要求。圖5中的程序存儲器10由兩片型號為2732的集成塊IC109和IC110組成，當然也可以用類似性能的EPROM集成塊。晶體振蕩器11可選用頻率為10MHz以上的晶體振蕩器在此線路中為20MHz的晶體振蕩塊，也可以選用10MHz以上的晶體和其他元件組合成的晶體振蕩器。圖5中的門限產(chǎn)生器由八位傳送接收器、八位撥碼開關(guān)K108、八電阻排組成，八位傳送接收器可選用型號為74LS245的集成塊IC117，其連接關(guān)系如圖所示。74LS245集成塊IC117中任何一個與八位撥碼開關(guān)中接通位相應(yīng)的輸出端為低電位，與打開位相應(yīng)的輸出端為高電位，從而向DSP芯片輸入所需要的門限信號。
對于圖5所示的A/D數(shù)字信號處理器，當20MHz晶體振蕩器11工作正常，則DSP芯片(TMS32010集成塊IC108)輸出地址信號A0～A11，送至程序存儲器的兩片EPROM集成塊IC109、IC110(型號為2732)的輸入端A0～A11，此時程序存儲器10反過來通過兩片EPROM集成塊IC109、IC110的輸出端D0～D15將程序送給DSP芯片集成塊IC108，使其按所給程序工作，當需要輸入信號時，DSP芯片集成塊IC108通過DEN數(shù)據(jù)允許端來控制AD變換器IC116，經(jīng)其D2～D7端，從AD變換器CA3306集成塊IC116的輸出端D2～D7送出數(shù)字多普勒信號；并通過DEN數(shù)據(jù)允許端控制門限產(chǎn)生器中的集成塊IC117，經(jīng)門限產(chǎn)生器中的74LS245的輸出端D8～D15送出門限產(chǎn)生器的輸出信號。DSP芯片按照程序存儲器10中設(shè)定的程序運算，得到數(shù)據(jù)，再經(jīng)D0～D15端將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)輸出接口。
下面描述各單元信號傳輸關(guān)系。
體效應(yīng)振蕩器14和混頻器15都做在國標BJ型標準波導(dǎo)中，體效應(yīng)振蕩器14的主體件體效應(yīng)振蕩管后部有一個調(diào)諧螺釘17，用來調(diào)節(jié)體效應(yīng)振蕩器達到所要求頻率，波導(dǎo)尾端的波導(dǎo)短路板18使體效應(yīng)管所在空間封閉，形成振蕩腔體，振蕩產(chǎn)生的功率則傳遞至喇叭型初級饋源13，經(jīng)微波天線形成波束照射到車道上。該振蕩產(chǎn)生器的功率也可傳遞到喇叭型初級饋源13，并照射到截拋物面反射器19上，形成一較窄的波束，再照射到車道上。為便于加工，該反射器也可做成橢圓形，垂直與水平方向尺寸比為52∶48，這樣得到的天線方向圖便滿足了垂直與水平方向波瓣基本相同的要求，此特別適用于下面圖11所示的多車道檢測裝置中所要求的多波束情況。
微波收發(fā)器1發(fā)出的水平微波波束3dB寬度恰好照在3公尺寬的路面，有車輛通過波束時，回波信號返回到波導(dǎo)腔16內(nèi)，在混頻器15的作用下完成自差混頻后得到多普勒信號，混頻的本振信號從發(fā)射源耦合1～2mv。多普勒信號經(jīng)過短電纜送入寬帶放大器2，放大后的信號送到A/D數(shù)字信號處理器5中的AD變換器8。
AD變換器是一種六位高速CMOS器件，對輸入的模擬信號采樣，高速的CMOS器件采樣率最高達10MSPS，動態(tài)范圍為36dB，對于近距離如10到30公尺左右，大小車輛回波幅度之差在二倍左右，這樣的36dB動態(tài)范圍已足夠。它將模擬信號變成六位數(shù)字量，完成模-數(shù)轉(zhuǎn)換。
DSP芯片9在程序存儲器10的配合下，送出一控制信號，允許六位A/D數(shù)字信號和門限產(chǎn)生器12產(chǎn)生的八位門限信號進入DSP芯片9。DSP芯片9在程序存儲器10的作用下，對輸入信號進行FFT運算。運算結(jié)果存入DSP芯片9的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器中，然后求模，將結(jié)果依次存入64個分單元內(nèi)，就可達到所測多普勒頻率范圍的要求。然后再進行選大、門限比較和判別信號有無，在判斷信號有無時采用n/n的判斷準則，即如果連續(xù)有n次信號超過門限，就認為有信號，表示有一輛車通過，按檢測車輛所處濾波器的路數(shù)得出它的時速，以12位數(shù)字量表示，用所測車輛的運動速度以及信號處理器記載所測的那輛車的長度，就可分辨車型。如果連續(xù)做3n次以上FFT都沒有檢測到信號，則認為沒有動目標信號，表示沒有車輛通過。在這時，通過數(shù)據(jù)總線將測得的數(shù)據(jù)信息送到數(shù)據(jù)輸出接口7。
在上述數(shù)字信號處理器5中，也可不包括門限產(chǎn)生器12，圖6給出這種不包含門限產(chǎn)生器的A/D數(shù)字信號處理器的線路原理圖，它與圖4和圖5所示A/D數(shù)字信號處理器的區(qū)別是不包含門限產(chǎn)生器．即不包含型號為74LS245集成塊IC117、八位撥碼開關(guān)K108和八電阻排，其余都相同。采用此種線路時，在程序存儲器10的程序中設(shè)置門限值．控制DSP芯片9完成FFT運算，求模、選大后的信號與程序門限值比較判別有無信號．最后送到數(shù)據(jù)輸出接口7。
在圖7中，給出另一種單車道微波檢測裝置的方框圖。它與圖1所示微波檢測裝置相比較增加了一個數(shù)據(jù)處理器6及抗混濾波器4。
數(shù)據(jù)處理器6可選用最通用的MCS-51單片機最小系統(tǒng)，圖8給出該數(shù)據(jù)處理器的方框圖，它包括單片機31、地址鎖存器32、程序存儲器33和數(shù)據(jù)存儲器34。其線路原理圖如圖9所示。在此實施例中，單片機選用MCS-51系列單片機8031集成塊IC201，也可選用其它系列類型的單片機，地址鎖存器選用74HC373集成塊IC202，也可選用其它具有相同功能的集成塊，程序存儲器選用2764集成塊IC203，也可選用其它具有相同性能的集成塊，數(shù)據(jù)存儲器選用62256集成塊IC204，也可選用其它具有相同性能、存儲容量更大或更小的集成塊。圖9中的晶體振蕩器P202為2-12MHz的成品晶體振蕩塊．連接到單片機IC201的X1、X2端。單片機IC201的P10-P17端為信號輸入端．單片機IC1的P00-P07端為數(shù)據(jù)和低八位地址復(fù)用I/O端口，與地址鎖存器IC202的D0-D7端相連．單片機IC201的AlE/P端輸出低八位地址有效信號，與地址鎖存器IC202的LE端相連，使地址鎖存器IC202的Q0-Q7端鎖存輸出低八位地址。單片機IC201的P00-P07PI/O端還與程序存儲器IC203和數(shù)據(jù)存儲器IC204的D0-D7I/O端相連。單片機IC201的P20-P27端輸出高八位地址。地址線按圖9所示方式與程序存儲器IC203和數(shù)據(jù)存儲器IC204相連。單片機IC201的PSEN端輸出程序有效信號與程序存儲器IC203的CE和OE端相連，單片機IC201的輸出端P3.7、P3.6分別輸出讀、寫信號到數(shù)據(jù)存儲器IC204的輸入端OE、WE。這樣整個單片機系統(tǒng)能按設(shè)計的程序工作。
單片機IC201從P00-P07端口輸出地址信號到地址鎖存器IC202的輸入端D0-D7，同時從ALE/P輸出地址有效信號到地址鎖存器IC202的輸入端LE，地址鎖存器IC202鎖存地址通過輸出端Q0-Q7輸出到程序存儲器IC203的輸入端A0-A7，單片機IC201的輸出端P20-P27輸出高八位地址，將其中的低五位輸出到程序存儲器IC203輸入端A8-A12，同時單片機IC201的輸出端PSEN輸出程序有效信號OE至程序存儲器IC203的CE和OE端，此時，程序存儲器IC203從輸出端D0-D7輸出程序指令到單片機IC201的P00-P07端口，為單片機IC201接收，單片機IC201按程序指令工作或單片機IC201不輸出程序有效信號OE而是通過P3.7、P3.6輸出讀-寫信號RD、WR到數(shù)據(jù)存儲器IC204的輸入端OE、WE，并按以上相同方式產(chǎn)生地址，將地址輸出到數(shù)據(jù)存儲器IC204的輸入端A0-A13，單片機IC201通過數(shù)據(jù)存儲器IC204的I/O口D0-D7完成對數(shù)據(jù)存儲器的讀-寫；或通過其P10-P17輸入端接收A/D數(shù)字信號處理器5的輸出信號；或通過輸出端TXD端向計算機輸出數(shù)據(jù)；或通過輸入端RXD端從計算機接收命令。
此數(shù)據(jù)處理器6在本實用新型微波檢測裝置可完成以下功能單片機接收計算機設(shè)定的年、月、日、時、分、間隔時間(從1分鐘到60分鐘分段)等參數(shù)，根據(jù)這些設(shè)定參數(shù)對來自數(shù)字信號處理器的數(shù)據(jù)作如下運算車輛按長度分為2米以下(摩托車)、2～6米(小汽車、面包車)、6～12米(大公共汽車)和12米以上(超長車)；在速度上要求統(tǒng)計出設(shè)定時間內(nèi)某種車型平均速度、最高或最低速度。然后將上述數(shù)據(jù)傳回計算機，通過計算機的輸入/輸出接口打印成表；也可將此數(shù)據(jù)直接送到交通監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)網(wǎng)上。
圖7中位于寬帶放大器2和A/D數(shù)字信號處理器5之間的抗混濾波器4是一個四階有源濾波器，如圖10所示，選用常規(guī)的VCVS電路，由兩個二階壓控電壓源濾波器20串聯(lián)而成。在第一個二階壓控電壓源濾波器20之前，有一個由運算放大器LF347-1和電容C305、電阻R306構(gòu)成的射隨器。這樣構(gòu)成的四階有源濾波器，具有技術(shù)簡單、測試容易和工作穩(wěn)定的特點。一個倍頻程帶外衰減為25dB的技術(shù)指標與其它同階數(shù)的復(fù)雜開關(guān)電容濾波器相同，但省去時鐘電路，使電路簡化，既達到要求，又降低成本。
在這種單車道微波檢測裝置中，可以僅包含數(shù)據(jù)處理器6，而不包含有抗混濾波器4，也可以僅包含抗混濾波器4，而不包含數(shù)據(jù)處理器器6，也可以兩者都有。
正如圖2所述，可將初級饋源13、體效應(yīng)振蕩器14、混頻器15和波導(dǎo)16結(jié)合成一個整體件，這樣一米，大大減小了其尺寸，因而一個截拋物面反射器19可與多個初級饋源13和雙工器組成的(例如2至4個)整體件構(gòu)成微波收發(fā)器1，這樣可同時分別對多車道進行檢測，這特別適用于有多車道的高速公路上。
圖11給出一種三車道微波檢測裝置，其微波收發(fā)器由一個截拋物面反射器19和三個由初級饋源13、此圖中未示出的體效應(yīng)振蕩器和混頻器、以及波導(dǎo)腔16結(jié)合成一體的整體件構(gòu)成，它們將模擬信號分別送到三個寬帶放大器2和A/D數(shù)字信號處理器5中對檢測的數(shù)據(jù)進行放大、轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號、濾波、求模、選大、門限比較和判斷有無，最后將數(shù)據(jù)信息送到數(shù)據(jù)輸出接口。
在上述這種多車道微波檢測裝置中，還可以如圖11所示包含于三個數(shù)據(jù)處理器6，也可以如圖7那樣在每個寬帶放大器2和A/D數(shù)字信號處理器5之間設(shè)置一個抗混濾波器4。當然也可既包含三個抗混濾波器4，又包含三個數(shù)據(jù)處理器6。
圖12是可用來識別車輛行駛方向的單車道微波檢測裝置的方框圖，它與圖1所示單車道微波檢測裝置相比，寬帶放大器2為正交兩路寬帶放大器，在此正交兩路寬帶放大器2和A/D數(shù)字信號處理器5之間增加了一個車流方向識別器3。它特別適用于有來回行駛車輛的普通公路。
在這種可識別車輛行駛方向的單車道微波檢測裝置中，在其微波收發(fā)器1的喇叭型初級饋源13和體效應(yīng)振蕩器14之間設(shè)置了兩個沿波導(dǎo)控16長度方向相距1/4波長的混頻器15(見圖13)，從而可得到兩個相位相差90°多普勒回波信號。這兩個信號經(jīng)過信號處理電路的處理，就可以區(qū)分出迎向或背離微波檢測裝置照射方向。兩個混頻器15的位置要根據(jù)它們與振蕩器之間的相互影響米考慮，首先要考慮他們的引入對振蕩器工作狀態(tài)的影響較小，對振蕩功率影響最小，其次要考慮吸收功率合適。由于混頻器工作的本振功率在2mw左右，將兩個混頻器15，置于波導(dǎo)寬邊位置1/3左右處是合理的。從以上考慮，振蕩器置于波導(dǎo)腔16中心線上，該兩混頻器15則必須偏離波導(dǎo)腔16中心線、且位于兩側(cè)安置，才能得到滿意的輸出功率和最佳的混頻效果。
采用上述結(jié)構(gòu)的微波收發(fā)器1產(chǎn)生的兩個相位相差90°的多普勒回波信號經(jīng)正交兩路寬帶放大器2放大后送到車流方向選擇器3。
車流方向選擇器如圖14所示，它主要由兩個整形電路21、方波前后沿產(chǎn)生電路22、兩個與非門23、電位產(chǎn)生器24、方向選擇門電路25及電子開關(guān)26等組成。圖15給出圖14所示車流方向選擇器的一種線路原理圖。在此線路中，兩個整形電路21選用一個型號為74LS14的集成塊IC413，它包括4個施密特觸發(fā)非門，在本線路中用了其中4個IC413A、IC413B、IC413E、IC413每2個非門串聯(lián)和調(diào)節(jié)電阻R402構(gòu)成一個整形電路21，產(chǎn)生A、B兩路整形信號，方波前后沿產(chǎn)生電路22選用型號為74LS123的集成塊IC415，它包括兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路IC415A和IC415B，由圖14左下方整形電路21送來的B路信號同時觸發(fā)型號為74LS123集成塊中單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路IC415B的A端和另一單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路IC415A的B端，被觸發(fā)A端的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路IC415B產(chǎn)生前沿脈沖c，從Q12端輸出，而被觸發(fā)B端的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路IC415A產(chǎn)生后沿脈沖d，從Q4端輸出。前后沿脈沖進入型號為74LS00的集成塊IC416，它由四個與非門電路組成，其中兩個用作與非門23，而另兩個作為圖14中的門電路25，在一個與非門23中由前沿脈沖c和整形信號電路21送來的A路信號進行與非，產(chǎn)生e信號，另一個由后沿脈沖d和整形電路21送來的A路信號進行與非，產(chǎn)生f信號，e、f信號同時送到電位產(chǎn)生器24，它是型號為74LS74的集成塊IC417，控制74LS74集成塊IC417的1端和4端(即置″0″和置″1″端)，讓其產(chǎn)生高、低不同的電位，從電位產(chǎn)生器2 4輸出的信號在型號為74LS00集成塊IC416中的另兩個與非門IC416C的IC416D(即門電路25)與撥碼開關(guān)SW-DIP4不同的接地點相與非，產(chǎn)生不同的信號，送到型號為4052的集成塊IC414(即模擬電子開關(guān)27)的AB端，在電子開關(guān)中完成選擇某一個方向的功能后，將輸出信號送到A/D數(shù)字信號得處理器5或經(jīng)抗混濾波器4再送到A/D數(shù)字信號處理器5。
下面結(jié)合圖16和圖14對車流方向選擇器中信號傳送情況作一說明。由正交兩路寬帶放大器21來的信號相位差90°，進入整形電路21，產(chǎn)生如圖16所示的A，B方波。其中一路(B路)通過方波前后沿產(chǎn)生電路22，取其前沿產(chǎn)生的尖脈沖c，取其后沿產(chǎn)生脈沖d，將c，d脈沖和另一路(A路)信號相與，分別產(chǎn)生e、f信號，將e、f信號分別加到電位產(chǎn)生器24的置″1″和置″0″端，則產(chǎn)生一個高電平與一個低電平。高低電平通過方向選擇門電路25去控制電子開關(guān)26，當控制電平e、f如圖16所示時，電子開關(guān)輸出信號經(jīng)檢測后的結(jié)果是迎向微波檢測裝置照射的方向運動的車流；當B信號波形相位超前A信號波形相位90°時此時檢測的目標是背離微波檢測器照射方向的車流。
對于這種單車道可識別車輛行駛方向的微波檢測裝置也可與前面所述那樣，包括一個數(shù)據(jù)處理器6，對A/D數(shù)字信號處理器5的數(shù)字信息進行數(shù)字處理，也可在A/D數(shù)字信號處理器5之前增加一個抗混濾波器4，對來自車流方向選擇器3的輸出信號限制頻帶后將信號送入A/D數(shù)字信號處理器5中的A/D變換器。當然也可以既包含數(shù)字處理器6，又包含抗混頻濾波器4。
以上介紹了本實用新型的幾種具體實施方式
，但本實用新型的保護范圍并不局限于上述幾種實施方式。凡交通監(jiān)控用的微波檢測裝置中包含有微波收發(fā)器、寬帶放大器和A/D數(shù)字信號處理器，而此A/D數(shù)字信號處理器包括AD變換器、DSP芯片、程序存儲器和晶體振蕩器時都落在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種交通監(jiān)控用微波檢測裝置，包括微波收發(fā)器、寬帶放大器和多普勒信號處理器，其特征在于該多普勒信號處理器是A/D數(shù)字信號處理器(5)，它包括AD變換器(8)、DSP芯片(9)、程序存儲器(10)和晶體振蕩器(11)，AD變換器(8)接受來自寬帶放大器(2)的輸出信號，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入DSP芯片(9)，晶體振蕩器(11)向DSP芯片(9)提供時鐘脈沖信號，由程序存儲器(10)控制DSP芯片(9)對來自AD變換器(8)的輸出信號完成濾波、求模、選大和門限比較后輸出數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微波檢測裝置，其特征在于該A/D數(shù)字信號處理器(5)還包括一個門限產(chǎn)生器(12)，它與DSP芯片(9)電連接，接受DSP芯片(9)的控制，將門限信號送入到DSP芯片(9)進行信號比較。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微波檢測裝置，其特征在于該微波收發(fā)器(1)由收發(fā)天線和雙工器組成，收發(fā)天線至少包括初級饋源(13)，雙工器由體效應(yīng)振蕩器(14)、混頻器(15)和波導(dǎo)腔(16)構(gòu)成，上述初級饋源(13)、體效應(yīng)振蕩器(14)、混頻器(15)和波導(dǎo)腔(16)結(jié)合成一個整體件，體效應(yīng)振蕩器(14)和混頻器(15)置于與初級饋源(13)相連接的波導(dǎo)腔(16)內(nèi)，混頻器(15)位于體效應(yīng)振蕩器(14)的前方，更靠近初級饋源(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波檢測裝置，其特征在于在A/D數(shù)字信處理器(5)之后，設(shè)置一個數(shù)據(jù)處理器(6)，對來自A/D數(shù)字信號處理器(5)的輸出數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的微波檢測裝置，其特征在于該檢測裝置還包括一個抗混濾波器(4)，它位于寬帶放大器(2)與A/D數(shù)字信號處理器(5)之間，是由兩個二階壓控電壓源濾波器(20)串聯(lián)構(gòu)成的四階有源濾波器，該抗混濾波器(4)限制來自寬帶放大器(2)輸出信號的頻帶，然后將其送到A/D數(shù)字信號處理器(5)中的AD變換器(8)
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波檢測裝置，其特征在于該收發(fā)天線還包括一個截拋物面反射器(19)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微波檢測裝置，其特征在于該微波收發(fā)器(1)包括2至4個由初級饋源(13)、體效應(yīng)振蕩器(14)、混頻器(15)及波導(dǎo)(16)結(jié)合而成的整體件，它們共用一個截拋物面反射器(19)；與此相應(yīng)，該微波檢測裝置包含有與整體件相同數(shù)量的寬帶放大器(2)和A/D數(shù)字信號處理器(5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微波檢測裝置，其特征在于在每個A/D數(shù)字信處理器(5)之后，設(shè)置一個數(shù)據(jù)處理器(6)，對來自A/D數(shù)字信號處理器(5)的輸出數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微波檢測裝置，其特征在于該檢測裝置的每個寬帶放大器(2)與A/D數(shù)字信號處理器(5)之間有一個抗混濾波器(4)，它是由兩個二階壓控電壓源濾波器(20)串聯(lián)構(gòu)成的四階有源濾波器，該抗混濾波器(4)限制來自寬帶放大器(2)輸出信號的頻帶，然后將其送到各自的A/D數(shù)字信號處理器(5)中的AD變換器(8)。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的微波檢測裝置，其特征在于該微波收發(fā)器(1)的雙工器中有二個混頻器(15)，兩者沿波導(dǎo)長度方向相距1/4波長，從而該微波收發(fā)器(1)輸出了兩個相位相差90°的信號；該寬帶放大器(2)是正交兩路寬帶放大器；在該正交兩路寬帶放大器(2)與A/D數(shù)字信號處理器(5)之間還有一個車流方向選擇器(3)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的微波檢測裝置，其特征在于在該微波收發(fā)器(1)中，體效應(yīng)振蕩器(14)位于波導(dǎo)腔(16)中心線上，而該兩混頻器(15)偏離波導(dǎo)腔(16)中心線上，位于其兩側(cè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的微波檢測裝置，其特征在于該車流方向選擇器(3)包括整形電路(21)、方波前后沿產(chǎn)生電路(22)、與非門(23)、電位產(chǎn)生器(24)、方向選擇門電路(25)和電子開關(guān)(26)，來自正交兩路寬帶放大器(2)的兩路信號中的一路經(jīng)整形后送入方波前后沿產(chǎn)生電路(22)取其前后沿脈沖，分別與另一路經(jīng)整形的信號在與非門(23)相與，送入電位產(chǎn)生器(24)，經(jīng)方向選擇門電路(25)控制電子開關(guān)(26)送出所需要的信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的微波檢測裝置，其特征在于該收發(fā)天線還包括一個截拋物面反射器(17)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的微波檢測裝置，其特征在于在A/D數(shù)字信號處理器(5)之后，設(shè)置一個數(shù)據(jù)處理器(6)，對A/D數(shù)字信號處理器(5)的輸出數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的微波檢測裝置，其特征在于該檢測裝置還包括一個抗混濾波器(4)，它位于車流方向選擇器(3)與A/D數(shù)字信號處理器(5)之間，是兩個二階壓控電壓源濾波器(20)串聯(lián)構(gòu)成的四階有源濾波器，該抗混濾波器(5)限制來自車流方向選擇器(3)輸出信號的頻帶，然后將其送到A/D數(shù)字信號處理器(5)中的AD變換器(8)。
專利摘要本實用新型公開交通監(jiān)控用微波檢測裝置，包括微波收發(fā)器(1)，寬帶放大器(2)和數(shù)字信號處理器(3)，該數(shù)字信號處理器包括AD變換器、DSP芯片、程序存儲器和晶體振蕩器。微波收發(fā)器發(fā)出微波波束，回波形成多普勒信號，經(jīng)寬帶放大器放大，送至數(shù)字信號處理器，在其中轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并完成濾波、求模和門限比較后輸出數(shù)據(jù)。這樣的微波檢測裝置體積小、分辨率高、工作穩(wěn)定可靠。該裝置還可包括車流方向選擇器、數(shù)據(jù)處理器(6)和/或抗混濾波器(4)。
文檔編號G08G1/01GK2216702SQ95213459
公開日1996年1月3日 申請日期1995年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月16日
發(fā)明者韓月秋, 鄧次平, 毛二可, 胡杏生, 李鴻岐, 畢萬鈞, 周崇陽, 任秀珍 申請人:北京理工大學(xué)