雷达测速系统

雷达测速系统（精选六篇）

雷达测速系统 篇1

1 雷达测速系统的工作原理

雷达测速系统是应用雷达多普勒频移原理, 对监测车道内机动车行驶速度进行实时、自动测量且同时拍摄超出该车道限速范围行驶的机动车辆图像的系统, 通常由雷达测速单元、图像处理单元、通信单元及辅助照明单元等部分组成。

雷达测速系统测速公式如下:

式中:ve f f为目标车速值 (km/h) ;fd为多普勒频率 (HZ) ;fr为测速仪微波发射频率的理论值 (MHZ) ;φ为测速仪测量时与汽车行驶直线的夹角。

雷达测速系统测速示意如图1所示。

2 雷达测速系统误拍情况分析

2.1 雷达的摆放角度对车速测量的影响

根据公式1可得, v与α成反比, α越小测得的v越大, 反之, α越大测得的v越小。可见雷达的摆放角度直接影响测量数据。不同频段的雷达有它的最佳测量角度, 下图是6F型测速仪接收反射信号强度与夹角的关系如图2所示。

从图中可见角度的微小变化对信号强度的衰减影响很大, 最佳的测量角度是22°, 信号的强度衰减偏大会造成干扰信号对测量数据的影响。雷达测速系统在测速抓拍前必须先按照仪器使用说明书的要求调整好角度, 切不可随意摆放。

2.2 周边复杂的环境对测速数据的影响

(1) 大车阻挡雷达测速系统的抓拍场景, 小车从大车旁边超速后, 触发雷达测速系统进行抓拍, 抓拍到的照片只有大车的图像, 可能会造成交警的误处罚。 (2) 小车在道路上正常行驶, 当大车在对面车道行驶, 雷达的多普勒频率信号经小车折射到大车的车厢上产生二次谐波, 导致雷达测速系统测得的小车车速偏高很多, 可能会造成交警的误处罚。 (3) 高速公路上的隔离栏杆也有可能使雷达产生二次谐波, 使得测出的车辆速度值比实际车速偏高很多等。

3 解决雷达测速系统误拍的方案

雷达测速系统在抓拍超速车辆时, 建议采用连续拍2张或2张以上的照片, 执法者可以从两张照片中车辆的空间位移的大小来判断车辆是否真正超速行驶。

执法者在使用移动雷达测速系统时, 要时刻关注雷达测速系统的抓拍情况, 发现有误拍情况, 及时做好记录工作, 不可任其单独工作。

在固定的雷达测速系统附件安装视频监控系统, 对抓拍到的车辆的超速场景进行回放, 判断车辆是否真正超速。

建议使用雷达测速系统的执法者能接受必要的培训, 如雷达测速角度的正确摆放培训。在欧美等发达国家, 相关部门对操作使用雷达测速系统的人员进行培训、考核、发证, 使用雷达测速系统的人员全部要求持证上岗, 并且设备专人专用。这样操作能有效的提高了执法者的执法公正性和准确性。

4 结语

雷达测速系统的广泛使用对促进交通秩序的好转和降低交通事故率起到的作用是毫无疑问的, 但是其工作原理决定了使用环境存在着一定得局限性, 执法者在选择使用环境时要充分的考虑到各种可能产生较大误差的情况, 从而有效的避免误处罚, 保证执法的公正性和准确性。

摘要：本文通过原理分析和实验验证的方式, 研究雷达测速系统测量机动车速度的误差, 分析雷达测速系统误拍的各种原因, 从中找出解决雷达测速系统误拍的方法, 从而保证执法者执法的公正性和准确性。

雷达测速技术 篇2

1 雷达的组成及工作原理

1.1 雷达的组成

各种雷达的具体用途和结构基本是一致的, 主要包括:发射机、发射天线、接收机、接收天线, 处理部分以及显示器;还有电源设备、数据录取设备、抗干扰设备等辅助设备。雷达各主要组成部分简介如下:

(1) 发射机。发射机的主要任务是产生大功率的特定调制的电磁振荡即射频信号, 分为单级振荡式 (该种发射机在一个器件中同时完成大功率电磁振荡产生与调制) 和主振放大式 (该种发射机会先产生小功率的连续波振荡, 再分多级调制与放大) 。单级振荡式发射机的优点是简单、经济, 也比较轻便, 但是难以产生复杂调制并且频率稳定性差。相比较而言, 主振放大式发射机调制准确, 能适应多种复杂的调制, 但是其系统复杂且效率低。

(2) 接收机。接收机的主要任务是接收物体在碰到发射机发射的电磁波后反射的反射信号并进行处理, 如抗杂波、放大信号等。

接收机的相关主要质量指标如下所示: (1) 敏度:可用最小可检测信号功率进行表示。 (2) 工作频带宽度:指的是瞬时工作频率的范围, 如频率捷变雷达要求的接收机工作频带宽度:10~20%。 (3) 工作稳定性:在环境发生变化时, 接收机性能参数受到影响的程度。 (4) 动态范围:表示的是接收机能够正常工作时所允许的输入信号强度的变化范围。

(3) 天线。雷达的天线分为发射天线和接收天线。发射天线由馈源发出的球面电磁波经抛物面反射后, 成方向性很强的平面波束向空间辐射, 可以将无线信号直线发射到卫星或者其他抛物面接收天线;接收天线由抛物面反射器将信号反射收集到馈源。

1.2 雷达的工作原理

雷达设备中的发射机将电磁波通过天线射向空间某方向, 处在此方向上的物体会将碰到的电磁波反射;雷达通过天线接收此反射波, 送至接收设备进行处理, 获取有关该物体的某些相关数据。

雷达分为连续波雷达和脉冲雷达。单一频率连续波雷达是一种易获得运动目标与雷达之间的距离变化率的简单的雷达形式, 其主要缺点为: (1) 必须通过调频才能测知目标距离, 但调频连续波所测得的目标距离精确度远不及脉冲雷达; (2) 大部分连续波雷达的接收天线和发射天线必须分开且有一定的隔离度; (3) 在多目标环境中易混淆目标。脉冲雷达容易实现精确测距且在发射脉冲休止期内可接收回波, 并且由于很多脉冲雷达的接收天线和发射天线是同一副天线, 不存在接收天线与发射天线隔离的问题。因此, 脉冲雷达居于主要地位。这种雷达可以发射单一载频的矩形脉冲信号;也可以是编码或调频形式的脉冲调制信号, 该信号可增大信号带宽, 并在接收机中通过匹配滤波输出很窄的脉冲, 提高雷达的测距精度和距离分辨力, 此为脉冲压缩雷达。雷达发射的相邻脉冲之间的相位可以是随机的, 也可以是具有一定规律的相干信号, 由于相干信号的频谱纯度高, 可得到好的动态目标显示性能。

2 雷达测速技术原理及相关应用

测速技术是雷达根据自身与目标之间相对运动产生的多普勒效应原理。由于雷达接收到的目标回波频率与其发射频率不同, 两者的差值称为多普勒频率。从多普勒频率中可以提取到雷达与目标之间的距离变化率。

2.1 多普勒效应

由于波源和观测者之间的相对运动, 物体辐射波长会因此而产生变化。在运动的波源前面, 波被压缩, 波长变短, 频率随之变高;相反, 当运动的波源在后面时, 会产生相反的效应。波源的速度越高, 所产生的效应越大。根据波红 (蓝) 移的程度, 就可计算出波源循着观测方向运动的速度。多普勒效应产生的原因:声源完成一次全振动即可向外发出一个波长的波, 由于频率表示单位时间内所完成的全振动的次数, 因此波源的频率等于单位时间内波源所发出的完全波的个数, 而观察者所听到的声音的音调由观察者所接收到的频率来决定, 也就是由单位时间观察者接收到的完全波的个数决定。当波源和观察者产生相对运动时, 观察者接收到的频率就会随之发生改变。如果当观察者靠近波源时, 观察者在单位时间内接收到的完全波的个数将会随着增多, 从而接收到的频率将会随之增大;反之, 当观察者远离波源时, 观察者在单位时间内接收到的完全波的个数将会随之减少, 从而接收到的频率也将会随之减小。

2.2 雷达测速技术的应用

雷达测速的原理是通过多普勒频率变化技术来测量移动车辆的速度。这项技术是基于多普勒原理而建立起来的, 也就是当雷达通过发射机将电磁波发射到一个移动的物体上时, 物体就会将电磁波反射, 雷达的接收机就会收到一个信号, 这个信号与目标移动速度成比例, 雷达内部的线圈将该信号进行一系列的处理得到一个频率的变化, 然后通过DSP技术处理后便可得到运动目标的移动速度, 达到测速的目的。由于在测量过程中不论车辆处于哪种状态 (驶近或远离) 都将会反射电磁波, 从而给测速雷达一个信号。因此, 任何方向的车辆都会被测速雷达测量到移动速度。通俗来讲, 就是在道路旁边架设雷达发射器, 向道路来车方向发射雷达波束, 再接收汽车的反射的回波, 通过回波分析测定汽车车速, 如车速超过设定值, 则指令相机拍摄 (夜间要触发闪光灯) 。

雷达测速仪是根据雷达测速技术制造的检测物体的运动速度的测量仪器。雷达测速仪有以下特点:

(1) 雷达测速仪由于有发射角, 发射出的波束比激光光束 (射线) 的照射面大, 因此易于捕捉正在运动中的目标;

(2) 雷达测速仪发射的电磁波波束有一定的发射角, 所以有效测速距离比激光测速要近, 而且最远测速距离大约为800米;

(3) 雷达测速设备除了安装在道路旁还可以安装在巡逻车上, 从而实现动态检测;

(4) 固定的雷达测速误差一般为±1Km/h, 运动中的雷达测速误差一般为±2Km/h, 这个误差完全可以满足现实条件下对交通违章查处的要求;

3 结语

现代科学技术的发展为公路工程建设提供了各种新材料、新方法、新工艺, 同时也提供了各种新的测试方法。雷达现代技术领域的成就也得到了极大的改善。随着科技的进步和社会的发展, 雷达探测技术在交通领域的应用前景将日趋成熟。

参考文献

[1]石猛.王建中能量法测量声波多普勒效应[J].高等函授学报 (自然科学版) , 2008 (6)

[2]张雪侠, 党幼云.杨进测速雷达数字信号处理系统的设计[J], 西安工程大学学报, 2008 (3)

[3]丁鹭飞, 耿富录雷达原理[M].西安:西安电子科技大学出版社, 202:304:251

[4]路峻岭物理演示实验教程2005

雷达测速系统 篇3

1 线圈检测原理

当车辆 (金属物体) 经过埋设在路面的地感线圈时, 将导致地感线圈的电感值发生变化, 进而使得车辆检测器的LC振荡电路的振荡频率发生变化。对于车辆检测器来说, 以下公式中, C值是一定的, 而线圈的L值是随着车辆 (金属物体) 的经过而变化的:

因此f值将随着车辆 (金属物体) 的经过而有如下变化:

式中, L1为无车辆 (金属物体) 经过时线圈的电感量, L2为有车辆 (金属物体) 经过时线圈的电感量。车检器通过精确检测Lc振荡电路的频率变化可以准确判断是否有车辆经过。

地感线圈检测具有检测稳定可靠、检测准确的优点。与地感线圈配合使用的车辆检测器可以在1ms内检测到所监测各线圈中的任何一个发生0.01%的电感量变化, 从而可以检测到车速200km/h以上的车辆;并且可以准确地鉴别出经过线圈的车辆的类型, 如摩托车、轿车、卡车、工程车等。

地感线圈检测技术的优势包括:

◆运行稳定, 不易受外界干扰, 基本无漏拍;

◆反应迅速, 精度高;

◆检测准确, 误差小。

2 视频检测原理

视频检测是摄像机和计算机图像处理技术结合的检测方式, 通常运用背景分离 (背景减除) 技术来进行对图像变化的检测。其思路是对视频帧与基准背景图像进行比较, 寻找相同位置出现像素 (区域) 变化的现象, 对相应区域进一步处理、跟踪、识别, 得到目标位置、尺寸、形状、速度、停留时间等基本形态信息和动态信息;完成目标的跟踪和行为理解之后, 也就形成了图像与图像描述之间的映射关系, 从而可以进一步进行规则判定, 直到触发报警。背景减除法是目前普遍使用的运动目标检测方法, 可以提供比较完整的运动目标特征数据, 精确度和灵敏度比较高, 具有良好的性能表现, 对动态场景的变化, 如光线变化情况也比较敏感;但其算法本身需要大量的运算处理资源支持, 并且仍然会受到光线、天气等自然条件及背景自身变化 (海浪、云影、树叶摇动等情况) 的影响。

视频检测具体的流程是:针对每个画面, 分别从组成视频流的三类编码帧, 即关键帧 (I帧) 、预测帧 (P帧) 和内插双向帧 (B帧) 中, 截取若干连续的I帧, 对其进行解码运算, 将其以帧为单位连续存放在设备本身的内存缓冲区中;最后利用编码器硬件内建的移动侦测功能, 在缓冲区中将连续的两帧转化为位图, 逐个像素点地对画面进行比较, 通过对像素点变化的检测来实现对图像变化的检测, 进而得到是否有物体移动的判断。

而高清卡口系统的3D模型视频流动态跟踪检测是通过应用国际先进的检测跟踪算法, 对连续的视频流进行检测跟踪。其“跟踪算法”可适应各种复杂环境 (如抖动、阴影、光照变化、雨雪等) , 实现更好的检测捕获率。其工作原理是将视频摄像机作为传感器, 通过专有的检测算法的运用, 在目标 (机动车辆、非机动车辆、人等) 进入其视频内的检测区域时, 判断出目标的存在, 捕获、识别目标特征, 得到需要的各种交通数据信息。

视频动态跟踪检测技术的优点是:

◆拍摄区域广, 可实现对区域交通图像信息的获取, 有助于直观地了解现场状况;

◆对机动车、非机动车、行人的捕获率均超过99%;

◆安装方便, 不损伤路面;系统结构简单, 故障率低, 易维护;

◆可扩展性好;

◆支持各种交通异常状况的检测、识别和报警。

与目前运用较多的视频检测相比, 视频动态跟踪检测较为先进, 准确率也更高些, 是视频检测发展方向之所在;目前仅有少数的几家公司掌握并用于实际工程当中。

3 雷达与激光检测原理

3.1 雷达速度检测

微波雷达对运动物体的精确速度检测是基于微波多普勒 (Doppler) 效应实现的。微波在行进过程中碰到障碍物体时会发生反射, 而反射回来的波, 其频率及振幅都会随着障碍物体移动状态的改变而改变——若障碍物体固定不动, 反射波的频率即较反射前没有改变;若物体迎着无线电波发射的方向前进, 则反射回来的无线电波会被压缩, 反射波的频率会较反射前有所提高;而若物体朝着远离无线电波发射的方向行进, 则反射波的频率会较反射前有所降低, 这就是多普勒效应。基于多普勒效应原理, 可以对运动目标的速度进行精确测量。

将障碍物体与雷达天线间的相对运动所引起的接收频率与发射频率之间的差频称为多普勒频率, 用fd表示, 表达式为:

其中fo表示雷达前端发射的微波信号的频率 (一般为24GHz或者35GHz) ;V为被检车辆速度;c表示电磁振荡在空气中的传播速度;Θ表示微波波束方向与运动方向的夹角。

从上式可以看出, 只要测得了fd, 就可以获得运动物体的速度, 这就是雷达测速的原理。具体的做法是:利用多普勒收发 (T/R) 组件产生单频高频微波, 并接收车辆的反射信号;由于反射信号的频率与发射信号的频率相比已经有了变化, 故经混频后输出的中频 (IF) 信号的频率即为发射频率与接收频率之差, 也就是fd;利用fd就可以计算出车辆的速度。

基于多普勒效应原理的测速精度极高。造成其测量存在误差的主要因素有二:一是T/R组件fo的误差, 一是fd的测量误差。由fo引起的误差可通过提高T/R组件输出稳定度来控制, 比如可以使用低相位噪声的谐振腔, 也可以采用锁相 (PLL) 的方式实现;由fd测量引起的误差则需要针对不同的检测方式采用不同的手段来控制。简单的检测方式是检测单位时间内IF信号的周期数, 目前的测速雷达大多采用这种方式。其特点是结构简单、成本低;但是精度不高, 虽然可以通过在硬件和软件上下功夫得到一定的提高, 但难有突破性的改善。另一种很精确的方法是利用数字信号处理芯片DSP对IF信号进行傅立叶 (Fourier) 变换以求得信号频率, 这种方法的特点是测量精度足够高, 缺点是系统结构复杂, 成本相对较高。

3.2 激光测速

测速激光属于固态激光中的半导体激光。激光测速设备采用红外线半导体激光二极管。激光二极管有几个特点使它适合用来测量速度:

◆自微小范围中发射出极窄的光束, 能够精确地瞄准目标;

◆能够在短于十亿分之一秒的时间里切换开关, 可大幅提高精确度;

◆发射频率很窄, 可使侦测器极易接收到精确的波长, 因此在日间有强烈阳光时仍能正常工作;

◆只发射电磁光谱中的红外线部分;而红外线是人眼看不见的, 不会分散驾驶员的注意力。

激光测速枪通过测算红外线光波的传送时间来确定目标的速度。由于光速是固定, 激光脉冲传送到目标再折返的时间会与距离成正比。以固定间隔发射两个脉冲, 即可测得两个距离;将此二距离之差除以发射时间间隔即可得到目标的速度。理论上, 发射两次脉冲即可测得速度;事实上, 为避免错误, 激光测速器 (枪) 一般在瞬间发射高达七组的脉冲波, 以最小平方法求取测量值的平均值, 用于计算目标速度。

3.3 激光与雷达测速的比较

超速告警最易受到的挑战是如何确认违规车辆。在多车道公路上遇到两辆以上车辆并行的情况时, 警员以雷达测得超速现象却无法明确认定哪一部车辆违规;原因在于雷达波发射锥角度约在10~20度间。激光波发射锥角度只有不到1/10度, 因此在采用激光测速的情况下, 两车被同时侦测到的机会近乎等于零, 可以明确认定受测目标。

雷达与激光测速的最远测速距离都可以通过提高设备发射功率而增长, 但这并无实际效益。

雷达测速器需经常用固定频率的音叉加以校正, 而激光测速器则无此必要。

雷达与激光测速的测量时间也是两者重要的区别:雷达测速约需2~3s钟, 而使用激光则只需要约0.3s——凭此操作速度, 厂商甚至可开发出配合照相的激光测速器, 以不到1s的间隔连续记录违规超速车辆。

4 线圈测速的具体应用

在高清智能卡口管理系统中, 每条需要监测的车道上沿行车方向埋设的两个线圈的间距是固定的, 于是当车辆经过时, 可以取得四个时刻, 即车辆进入两个线圈和离开两个线圈的时刻。计算车辆通过两线圈所用的时间, 配合两线圈的间距, 即可求得平均车速。如图1所示。

分别以T1、T2来表示车辆检测器探测到移动物体进入线圈A、线圈B的时间, 以w来表示线圈的间距, 则车速v为:

另外, 车辆检测器在实际测速时, 还可引入对以下两种测速误差因素的考虑, 对测速值进行修正。

第一种误差因素的存在是线圈的周期性检测造成的。不同车速的车辆在一个检测周期内位移不同, 这使得在对不同车速车辆的测速中, 实际的“线圈距离”是不等的。车辆检测器的检测周期为1ms, 两个线圈前沿/后沿的距离为5.5m时, 以车速100km/h为例, 测速的理论最大误差为:

第二种误差因素的存在是车辆在经过两个线圈时, 被感应到的部范围的不确定所致, 这种误差的大小难以估计。产生这种误差的原因一是车辆底盘较高 (如卡车) , 检测难度大;二是变速行驶;三是跨道行驶。解决方法是:每次测速均测出车前轴速度和车后轴速度, 对两个速度进行误差比较, 保留误差合格的速度。

将按照以上算法计算所得的车辆速度与系统设置的限速值相比较, 再考虑误差范围的存在, 即可辨别车辆是否超速。另外, 根据车辆触发线圈的顺序可以判断车辆行驶的方向, 从而判断车辆是否逆向行驶。将计算所得的速度与车辆车头、车尾离开线圈B的时间差相乘, 所得的结果即为车身长度。

5 视频检测技术的具体应用

对不允许安装地感线圈的点位, 可以采用虚拟线圈抓拍技术。具体做法是:在一体摄像机拍摄到的, 所监控道路视频画面的合适位置上, 人为地设置一个虚拟线圈框;在有运动物体经过此虚拟线圈框时, 进行抓拍。图2是监控视频的逐帧图像, 从中可以看到, 当车辆的整个车头进入虚拟线圈时, 虚拟线圈触发抓拍, 并对抓拍图片进行车牌定位、号牌识别。

6 车牌识别原理

6.1 车牌识别系统框架

车牌识别系统采用高度模块化的设计, 将车牌识别过程的各个环节交由相应各自独立的模块来支持, 系统的框架如图3所示。

车牌识别的流程是:首先通过视频输入管理模块得到所需的最佳质量的视频图像;对获取的每一帧图像, 利用高效的视频检测技术, 进行对行驶中的车辆的车牌定位和跟踪, 自动提取车牌图像;然后由车牌精定位、切分和识别模块, 准确地自动分割和识别字符, 得到车牌的全部字符信息以及颜色和类别信息。另外, 车辆检测模块还可以鉴别出无牌车辆并输出结果;通过查询违法数据库得到车辆的违法信息, 显示违法车辆的相关信息, 同时进行现场报警;通过查询征稽数据库得到车辆的征稽信息, 显示欠费车辆的相关信息, 同时进行现场报警。系统还可采用独特的在线学习新技术, 对各识别模块进行动态的调整, 实现对各种应用环境变化的自动适应, 从而大幅优化系统的应用性。

(1) 车辆检测跟踪模块

车辆检测跟踪模块通过对视频进行分析, 判断其中车辆的位置, 实现对图像中的车辆跟踪, 并在其位置最佳的时刻记录其特写图片。加入了跟踪模块后, 车牌识别系统能够很好地克服各种外界干扰, 得到更加合理的识别结果;可以记录下目标车辆行驶过程中的每一帧图像中车牌的位置、识别结果、可信度等各种历史信息;可以凭借其具有一定容错能力的运动模型和更新模型, 保证对那些被短时间遮挡或瞬间模糊的车牌也能正确地跟踪和预测, 最终只输出一个识别结果;可以检测出无牌车辆并输出结果。

(2) 车牌定位模块

车牌定位是一个十分重要的环节, 是后续环节的基础, 其准确性对系统整体性能的影响巨大。如果采用完全基于学习的多种特征融合的车牌定位算法, 可在足够的学习样本的支持下, 快速训练出针对不同车牌类型的新的检测模型, 适应各种复杂的背景环境和不同的摄像角度。

(3) 车牌矫正模块

受拍摄条件的限制, 图像中的车牌总是不可避免地存在一定的倾斜;因此车牌识别需要引入一个矫正和精定位环节来进一步提高车牌图像的质量, 为字符切分和识别做准备。使用计算快速的图像处理滤波器, 利用车牌的整体信息, 可减小局部噪声带来的影响, 还可通过对多个中间结果的分析实现对车牌的精定位, 进一步减小非车牌区域的影响。

(4) 字符切分模块

字符切分模块能够利用车牌文字的灰度、颜色、边缘分布等各种特征, 较好地抑制车牌周围噪声的影响, 并能容忍车牌有一定角度的倾斜。其算法对于类似移动式稽查这种车牌图像噪声较大的应用很有帮助。

(5) 字符识别模块

在字符识别模块中, 如采用多种识别模型相结合的方法, 构建一种层次化的字符识别流程, 可有效地提高字符识别的正确率。另一方面, 如在进行字符识别之前, 使用计算机智能算法对字符图像进行前期处理, 尽可能地保留图像信息, 而且还可提高图像质量, 提高相似字符的可区分性, 保证字符识别的可靠性。

(6) 车牌识别结果决策模块

如果车牌识别系统可以对每帧视频图像进行实时识别, 则在一辆车通过视野的过程中, 车牌识别系统将得到若干相同或不同的识别结果;因此需要引入一个识别结果的决策模块。决策模块可利用一个车牌经过视野的过程中留下的历史记录 (包括识别结果、识别可信度、轨迹记录、相似度记录等) , 对识别结果进行智能化的决策, 通过计算观测帧数、识别结果稳定性、轨迹稳定性、速度稳定性、平均可信度和相似度等度量值得到该车牌识别结果的综合可信度评价, 从而决定是继续跟踪该车牌, 还是输出识别结果, 或是拒绝该结果。也就是说, 一个车牌的最终识别结果是通过分析所有帧的识别结果, 对它们进行智能化的归类和投票, 并结合一定的文法信息综合而成的。这种方法综合利用了所有帧的信息, 相比基于单幅图像的识别算法可减少偶然性的错误, 大幅提高系统的识别率及识别结果的正确性。

(7) 在线学习模块

以上各个模块使用了大量基于学习的算法, 如果在系统中添加反馈型学习模型的在线学习模块, 利用决策模块和跟踪模块得到车牌质量、车辆轨迹、速度等反馈信息, 智能化地更新一些算法参数, 可使系统能快速适应新的应用环境。其算法可作为已有算法的有力补充, 进一步提高系统性能。

6.2 关键性能参数

车牌识别系统的优劣主要由两个关键性能参数共同决定, 它们就是识别率和识别速度。

(1) 识别率

判断车牌识别系统是否实用, 最重要的指标是识别率。国际公认的识别率指标要求是全天候24小时全牌正确识别率达到85%~95%。识别率包括以下三项指标:

◆自然流量识别率, 即识别车牌号的总数与实际通过车辆总数的比值;

◆可识别车牌率, 即可由人工正确读取的车牌号总数与实际通过车辆总数的比值;

◆全牌识别准确率, 即全牌正确识别的车牌总数与可由人工正确读取的车牌号总数的比值。

这三项指标决定了车牌识别系统的识别率。

(2) 识别速度

识别速度决定了车牌识别系统是否能够满足实时实际应用的要求。即使是一个识别率很高的系统, 如果需要几秒钟, 甚至几分钟才能识别出结果, 也会因为满足不了实际应用中的实时性要求而毫无实用意义。国际交通技术领域对识别速度的要求是1s/次以内, 越快越好。目前市场上的车牌识别系统在实际应用中的识别速度平均为200ms/次。较好的车牌识别系统, 其快速识别速度已经达到了10ms/次, 实际应用识别速度能够达到平均40ms/次。

6.3 识别技术的实现原理和实现方式

(1) 车辆牌照的识别是基于图像分割和图像识别理论, 对含有车辆号牌的图像进行分析处理, 确定牌照在图像中的位置, 并进一步提取和识别出文本字符。

(2) 识别的步骤可概括为:车牌定位、车牌提取、字符识别。这三个步骤相辅相成, 只有三者的有效率都较高, 整体的高识别率才有保障。识别速度的快慢取决于字符识别的速度。目前主要的字符识别应用技术为比对识别样本库, 即建立所有字符的样本库, 通过比对字符提取后的结果和样本库, 实现对字符的判断。其识别过程中将产生可信度、倾斜度等中间结果值。此外还有一种基于字符结构知识的字符识别技术, 能够有效地提高识别速率和准确率, 适应性较强。

(3) 车牌识别实现的方式主要分为两种:静态图像图片的识别和动态视频流的实时识别。静态图像识别为单帧图像识别, 识别有效率较大程度上受限于图像的抓拍质量;目前市场上此类产品的识别速度平均为200ms/次。动态视频流识别适应性较强, 识别速度快, 对视频每一帧图像进行识别, 增加了识别比对次数, 实现了车牌号择优选取——更关键的是较少受到单帧图像质量的影响;目前市场上此类产品中较好者的识别速度为10ms/次。

6.4 假牌车分析原理

如智能高清卡口系统在将新识别出来的, 通过某路面的机动车的车牌号与车管所数据进行对比分析时, 发现车管所数据库中不存在该号牌, 则系统判定该车辆为假牌嫌疑车辆, 自动发出声光报警, 提示值班人员予以关注。值班人员核对相关信息, 确定无误后, 可将该车列入假牌车黑名单库中, 并提示前方值勤人员予以拦截。

6.5 套牌车分析原理

套牌车判定的依据是:同一车牌在不合理时间段, 内理论上不可能出现在不同路面。

当系统发现途经监测点的机动车辆可能为套牌嫌疑车时, 自动发出声光报警, 提示值班人员予以关注。值班人员核对相关信息, 确定无误后, 可将该车列入套牌车黑名单库中, 并提示前方值勤人员予以拦截。

6.6 车流量统计原理

雷达测速系统 篇4

关键词：动目标显示雷达,测速,相位解缠

1 引言

在MTI体制雷达中, 由于受脉冲数的抑制, 滤波器的凹口宽度有限, 对气象杂波的抑制效果不佳。

如果能获得目标点的速度信息, 则可以利用目标和杂波的速度信息进行点迹过滤, 已达到更好的杂波抑制效果。此外, 目标的速度信息可以提高目标的跟踪精度, 也可以粗略估计目标的类型。

常规的MTI测速方法, 有参差解模糊法和中国余数定理算法等, 本文利用相位解缠的方法, 结合工程的实际数据, 对测速方法进行优化, 为实际工程应用提供理论基础。

2 基本原理

由于目标相对于雷达的径向移动, 导致目标的回波产生如下的多普勒频移:

其中, 是目标相对雷达的径向速度, 是雷达波长。多普勒频移会体现在目标回波的相位信息中, 因此, 我们可以利用目标在不同脉冲回波数据的相位信息和各脉冲的周期来计算目标的多普勒频移, 进而根据式 (1) 计算出目标的速度。

本文利用相位解缠的思想对目标进行测速, 具体如下。

3 测速精度分析与改进

3.1 测速精度分析

由公式

可知,

结合某型雷达实际的工作参数分析测速受噪声和杂波的影响。

该雷达采用6脉冲MTI体制, 在测速过程中采用脉冲1-3测出一组模糊速度和模糊度, 采用脉冲2-4测出另一组模糊速度和模糊度, 然后一起解模糊。6种重频按1-3和2-4组合后的脉冲重复周期差值如表1所示:

从表1可以看出第3和第4两种工作重频, 由于作用在近区, 重频很高, T1-T2很小, 因此测量精度较差。第4种重频T1-T2和T2-T3都很小, 因此测速精度最差, 分析结果如图1所示。

可见, 第3和第4种重频受噪声较大。1、2、5、6四种重频在信噪比和信杂比达到20d B时就能达到80%的正确率, 而第3和4种重频需要30-35d B的信噪比才能达到同样的测速精度。

3.2 改进方案

对于第3种重频采用第1、第3、第4脉冲和第2、第4、第5脉冲两个组合进行测速, 对于第4种重频采用第1、第4、第5脉冲和第2、第5、第6脉冲两个组合进行测速, 改进后重频3、4的脉冲重复周期差值如表2所示。

图2所示为改进后测速精度随信噪比的变化情况, 可以看出第3和第4种重频采用优化方案之后的测速精度明显改善。

4 仿真分析

本文从杂波的抑制效果来验证测速的效果。

利用上述雷达5月份杂波最强时间段的回波数据, 验证测速的效果。利用测得点迹速度信息, 进行点迹滤波。

采用优化前的脉冲组合进行测速, 效果如图3所示。

结果在较远的区域杂波抑制效果较好, 而中间一部分杂波抑制效果较差, 剩余点迹较多。

采用优化后的脉冲组合进行测速, 效果如图4所示。

优化后, 图3 (b) 中近区圆圈部分得到很好的抑制, 这主要是由于重频3、4测速性能改善。

5 结论

通过仿真和实测数据分析可以发现由于参差比的差别, 相位解缠测速的方法在对不同的重复周期效果差异较大。实际应用时结合雷达的重复周期参数合理优化, 已达到最佳的测速效果。

参考文献

[1]Drary W H.Improved MTI Radar Signal Processor.AD-A010-478.

[2]张贤达.现代信号处理[J].北京:清华大学出版社, 1995.

雷达测速系统 篇5

关键词：雷达测速仪,点阵LED,单片机

0引言

随着社会经济的飞速发展,人民群众的生活水平显著提高,私家车已不再遥不可及,早已进入寻常百姓家。私家车的大量涌现,在给人民生活带来便利的同时,也带来了大量的交通安全隐患。据统计,超速行驶是发生交通事故的重大诱因,为了确保交通安全,降低交通事故的发生率,必须对车辆超速行驶进行监控和处罚[1,2,3]。CS-10型雷达测速仪具有 功能完善,使用方便,便于携带 等优点,广泛用于工厂、政府和军队院区内的车辆速度监控。但CS-10型手持雷达测速仪的显示单元为0.5英寸七段LED数码管,只有监控人员才能监测到速度信息,而驾驶员无法观测到,不能对驾驶员超速行驶进行提醒,同时也为超速违章处罚带来了困难。通常的解决方案是购置大屏幕的雷达测速仪,但若弃用原有CS-10型雷达测速仪,购置大屏幕雷达测速仪不仅成本高昂,也造成了较大的资源浪费。因此,文章介绍一种CS-10型雷达测速仪的大点 阵LED显示改进 设计方法,在现有CS-10型雷达测速仪的基础 上,加装大点 阵LED显示屏,并增加超速提醒功能,具有显示直观、成本低廉等优点。

1CS-10型手持雷达测速仪简介

CS-10型手持雷达测速仪是一种性能优良、功能齐全的单体枪型测速仪器。CS-10型手持雷达测速仪利用多普勒原理实现对地面运动目标径向速度的测量,适合于公路、厂矿、企业等各种需要进行交通管理的场合,其主要技术参数如下[4]:

(1)工作频率:10525±25MHz。

(2)发射功率:10~30mW。

(3)测速精度:±1km/h。

(4)测速距离:对大型车辆800 m,小型车辆500m,动态同向150m(小车)。

CS-10型手持雷达测速仪的显示面板最右三位为速度信息,由于本设计主要用于院区内测速应用, 其速度一般不可超过100km/h,因此,仅需十位和个位信息即可。CS-10型手持雷达测速仪的显示面板如图1所示。

为了获取CS-10型手持雷达测速仪的速度信息,对测速仪进行拆解,其LED显示屏上方的接插件即为主控MCU输出的LED段码控制信息,对该段码信息进行解码即可获得速度信息。该接插件管脚示意如图2所示。

通过万用表二极管测试挡对该接插件测量,获取接插件与LED对应段的连接关系,如表1所示。

雷达测速仪的LED为共阴极型,如果个位B、C为高电平,其余段均为低电平,则可知此时个位信息为“1”,依此类推,通过查表即可由LED各段的电平获知其速度信息。

2系统结构

雷达测速仪输出的速度信息为2个七段数码管段码信息,共14根,如果采用线缆连接方式,会给系统的安装带来很大麻烦。因此,在本系统中,采用无线模块nRF24L01进行数据传输,极大地简化了系统的安装工作。系统结构如图3所示。

发送端由STC89C52RC单片机、电平转换芯片ADG3300、雷达测速 仪、供电单元 和无线模 块nRF24L01组成。雷达测速仪的十位和个位LED的电平信息经电平转换后,送至STC89C52RC单片机。单片机对其进行查表处理,获取速度信息,再经无线模块nRF24L01发送出去。发送端电源取自雷达测速仪,实测其电压输出为8V,通过3片CW117进行稳压后,分别获得5V、3.3V和2.5V供各模块使用。

接收端由STC89C52RC单片机、缓冲 芯片74HC245、大点阵LED显示屏、供电单元和无线模块nRF24L01组成。单片 机通过无 线模块nRF24L01接收到的 速度信息,通过缓冲 芯片74HC245驱动大点阵LED显示屏实时显示速度信息。供电单 元的稳压 芯片CW117和无线模 块nRF24L01应用较为广泛。

2.1电平转换

在系统开发过程中,测试雷达测速仪的十位LED段码高电平为2.2V,个位LED段码高电平为3.3V,而STC89C52RC单片机的工作电压为5V, 因此,为了保证接口逻辑电平的兼容性,必须进行电平转换。电平转换芯片为ADG3300,该芯片是AD公司推出的一款8通道双向电平转换器,工作电压从1.15~5.5V[5]。电平转换电路如图4所示。

A口接LED段码,VCCA为A口的参考电压,对于十位LED,VCCA为2.5V,而对于个位LED,VCCA 为3.3V。Y口接单片机I/O端口,在本系统中单片机工作电压为5V,因此,VCCY为5V。

2.2大点阵LED显示屏

大点阵LED显示屏的基本单元为市售LED广告屏模块,由32×16个LED点阵组成,可根据实际需要,将多个LED广告屏模 块组成任 意大小的LED显示屏。LED广告屏模块的引脚为2×7双排针,其中P1为OE,OE为高时打开显示,为低时关闭显示;P2为A;P4为B;P6为NC,P8为CLK; P10为LAT;P12为RD;其余为GND。其显示方式为串行扫描控制方式,每个LED广告屏模块由16片74HC595控制,如图5所示。

UR1-UR4控制第1~4行的128个LED,其中,UR1的Q0~Q7对应1~4行的第1~8个LED阳极,UR2的Q0~Q7对应1~4行的第9~16个LED阳极,依此类推。A和B为行选通 信号,当 [B∶A]= “00”时,选通第1、5、9、13行;当[B∶A] =“01”时,选通第2、6、10、14行;当[B∶A]=“10”时,选通第3、7、11、15行;当[B∶A]=“11”时,选通第4、8、12、16行。

在本系统中,共选用了9个LED广告屏模块, 如图6所示。

模块排列成3×3阵列形式,每行的3个模块首尾串接,共用1根串行数据线,其余CLK、LAT、A、B、OE为共用控制线。

在清楚LED广告屏模块的显示控制方式后,即可编写其显示程序。先将LAT拉低,在每个CLK的上升沿,将显示数据从RD串行移位输入,所有数据输入完成后,拉高LAT将所有串行数据并行输出到Q端即完成1次扫描。如果检测到车辆超速, 例如速度大于25km/h时,可将OE周期性拉高、拉低,从而达到LED屏的闪烁效果。

3应用程序设计

应用程序包括单片机程序和PC端的LED点阵取模软件。接收端单片机程序主要包括无线模块nRF24L01驱动程序和大点LED显示函数Delay(); 发送端单片机程序主要包括无线模块nRF24L01驱动程序和LED段码解码函数Get_speed()。PC端LED点阵取模软件用VisualBasic6.0编制,采用复选框点阵模拟LED点阵,勾选复选框表示该点点亮,不勾选复选框表示该点关闭。另外,该取模软件还支持直 接对BMP图片进行 取模,将要取模 的32×48像素的位图载入图片框控件中,点击反向转换,再点击转换,即可输出对应的显示数据,可直接用于单片机程序中。

4系统测试

系统调试采用分模块调试的方法,分别完成大点阵LED显示模块、nRF24L01通信模块和速度信息提取模块调试,最后将各模块集成调试,系统运行效果如图7所示。图中,左边为CS-10型雷达测速仪,右边为大点阵LED显示屏。

5结束语

雷达测速系统 篇6

1 西安地铁一号线雷达工作原理

西安地铁一号线雷达采用上海德意达公司生产的DRS05系列雷达传感器, 该雷达传感器应用多普勒效应非接触式测量车辆行驶于地面的速度。

多普勒效应就是:当声音, 光和无线电波等振动源与观测者以相对速度V相对运动时, 观测者所收到的振动频率与振动源所发出的频率有所不同。因为这一现象是奥地利科学家多普勒最早发现的, 所以称之为多普勒效应。

与传统单天线雷达传感器相比, DRS05系列雷达使用了双天线的冗余设计及特殊的算法, 抗干扰能力更强、精度更高。此外, DRS05系列雷达传感器提供脉冲及串口两种数据输出。

DRS05系列雷达传感器的工作参数如下:

双天线辐射角度:40°and 50°

天线辐射开口角+/-12° (3db)

频率24.125+/-0.0625 GHz

安装高度450-1150 mm

DRS05系列雷达传感器的结构框图如图1所示。

2 西安地铁一号线雷达日常维护

由于DRS50系列雷达对于安装高度、天线辐射角度、天线辐射开口角等参数有严格的要求, 因此在日常维护过程中, 需保证雷达安装牢固、安装角度保持在水平范围内且要求雷达天线前无遮挡、发射表面保持清洁等。

根据以上雷达工作原理, 西安地铁一号线雷达的日常维护要求如下:

(1) 外观、螺丝紧固检查:无机械损伤, 各螺丝紧固, 防松线无错位, 线缆连接良好;

(2) 外部清洁:表面无明显积灰、油渍, 铭牌清洁;

(3) 连接线及角度检查:连接线应连接牢固, 无断线、表皮破损;

(4) 雷达安装高度:各螺丝无生锈腐蚀, 对紧固部件进行检查, 高度为到轨顶的最小距离250mm, 到轨顶的最大距离350mm, 各固定螺栓防松线无错位, 车辆镟轮或年检后都需进行试车线雷达校准。

3 西安地铁一号线雷达常见故障处理

3.1 过弯测速不准

故障现象:多车频繁在钢轨弯度较大区间出现OBCU红点或OBCU红点伴随的紧制制动。

故障原因:经过对车载信号CDV数据的分析, 发现造成此类故障的原因为测速问题引起的。

原理分析:由于多列电客车频繁在钢轨弯度较大的区间出现此类故障, 在较为平直的区间这些电客车的车载信号设备运行稳定, 因此分析故障原因与轨道弯度存在一定的联系。根据对一号线雷达原理的分析, 发现雷达在收发微波信号时, 需要将微波投射在一个漫反射的面上, 如图2所示。

而在电客车过弯道时, 会出现发射的微波投射位置与平直轨道不同的现象, 在平直轨道上微波投射在道钉上形成一个漫反射面, 而在过弯道时会出现微波投射在钢轨轨面上的面积增加而投射在道钉上的面积减少, 钢轨轨面过于平滑, 不能够满足雷达工作时对于漫反射面的要求, 进而形成了测速的误差导致测速系统告警、出现了OBCU红点或OBCU红点伴随紧急制动的现象。

解决方法:通过以上分析, 为了让电客车在过弯道时雷达获得更好的反射面, 遂将雷达位置水平向外调整一个螺栓的位置。经过对多列故障电客车雷达位置进行调整并实际验证, 效果良好。因此将全部电客车雷达位置进行了相应的调整, 该故障得到了有效的解决。

3.2 电客车在运营过程中出现对标不准或无门允许

故障现象:电客车频繁出现在停站的过程中对标不准, 或者无门允许导致无法自动开门的现象。

故障原因:西安地铁一号线前期在排除掉由于OPG安装工艺问题导致的测速问题后, 后续出现的大量的对标不准、无门允许故障大部分是由于雷达测速误差导致的。

原理分析:西安地铁一号线雷达在测速的过程中, 有一个基础参数称之为雷达因子, 所有雷达测得的数据最后均要以雷达因子为基础。而雷达因子需要以测速电机OPG所在轮对轮径值为基础参数, 通过三次试车线校准取得平均值获得。因此测速电机OPG所在轮对的轮径值的改变直接影响了雷达测速的准确性。

解决方法:通过对测速电机OPG所在轮对轮径值的定期精确测量, 取得该轮径值的精确数据, 按照此数据在试车线对雷达进行校准, 输入校准后的雷达因子。

3.3 电客车连续出现两次及以上紧急制动, 缓解后可继续运行

故障现象:电客车在运行过程中驾驶端出现紧急制动, 缓解后连续出现, 但不会自动切换到冗余驾驶。回段后部分故障电客车故障可通过雷达校准处理, 但后续会反复出现此类故障。

故障原因:经过分析发现此类故障是由于雷达状态不稳定, 造成的测速不准进而产生紧急制动。

原理分析:西安地铁一号线使用的德意达DRS05雷达内部元器件故障主要分为两种: (1) 微波模块故障; (2) 压敏电阻故障。其中, 微波模块故障是由于雷达中的控制芯片故障导致。而压敏电阻故障则是由于雷达的输出模块依赖压敏电阻而更改, 压敏电阻故障后, 雷达无法保持高电平有效, 而降低为低电平, 因此雷达无法保持在工作模式, 转而进入测试模式。

解决方法:微波模块故障是雷达内部微波模块的损坏导致, 且检测和维修较为复杂, 目前西安地铁一号线不具备检测和维修的手段;压敏电阻故障有时是因为压敏电阻不稳定, 导致雷达的高电平降低为低电平, 变为测试模式。此类故障可以通过对雷达进行校准暂时解决。但根本的解决办法需要判断雷达压敏电阻的性能, 压敏电阻的性能可以通过对雷达连接线的引脚的测量来判断, 测量工具的研究可以作为西安地铁深度维修工作的立项项目, 可以实现对雷达这种高价备件内部故障的有效检测、区分和检修, 具有较大的现实意义和实用价值。

4 结语

在西安地铁一号线车载信号系统, 特别是雷达系统的维护及故障处理过程中, 经过长期反复的实际验证, 发现在维护及故障处理过程中, 紧紧抓住雷达的工作原理、工作特性等进行分析与维护, 具有极强的指导意义。通过对原理的掌握, 可以拨开不同故障现象的迷雾, 较为清晰的对故障进行一定的归纳和总结, 对以后的各种维护及深度维修提供强有力的支持。

参考文献

[1]西安地铁一号线车载信号系统技术规格书[S].

[2]西安地铁一号线雷达原理图[S].