CN101231341B - 直接检测和测速的集成车流量雷达装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新型直接检测和测速的集成车流量雷达装置，由一个信号处理单元和多个雷达前端构成，采用单频连续波体制，能准确测量目标车辆速度，对雷达回波采用射频检波的方法，获得车道车流量信息和车辆通过时间，进而结合车辆速度获得车型信息，通过对射频检波产生的直流电平进行硬件去抖动，能有效消除在车道堵塞时由于零信号带来的车流量统计不准的问题。本发明具有全天候工作特性，可检测静止车辆，正向方式安装，无需破坏路面。本发明的多个雷达前端共用一个信号处理单元，可根据车道数放置相应的雷达前端。本发明的信号处理单元对各雷达前端输出信号进同时采集，信号处理简单且稳定性高。

Description

直接检测和测速的集成车流量雷达装置
技术领域
本发明涉及车辆交通的检测管理的相关技术领域，特别是一种直接检测和测速的集成车流量雷达装置。
背景技术
智能交通系统(ITS)是一种在大范围内、全方位发挥作用的，实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。ITS将有效地利用现有交通设施、保证交通安全、提高运输效率、并以推动社会信息化及形成新产业受到各国的重视。目前已成为世界二十一世纪的交通发展方向。
现有技术中，由于雷达工作的全天候特点，采用雷达来完成ITS系统中车流量和车速的监控是目前最好的手段。美国Wavetronix车流量检测雷达和加拿大RTMS车流量检测雷达都是调频连续波(FMCW)体制，根据各车道与雷达的距离不一样而雷达回波的频率不一样来划分车道并检测车流量的，但由于调频连续波有一定带宽，根据模糊理论，其测速从理论上讲必然是不准的，不能准确测量每辆车的瞬时速度，而且其车流量和车速的检测算法复杂，车道堵塞时易由于零信号的出现而给车流量统计带来误差。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种新型的直接检测和测速的集成车流量雷达装置，解决了现有技术中车流量检测雷达由于调频连续波体制带来的测速不准确，以及停车时由于零信号的出现而给车流量统计带来误差的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
本发明公开了一种直接检测和测速的集成车流量雷达装置，包括一个信号处理机以及与之连接的多个雷达前端，其特征在于：所述的雷达前端由天线、射频收发组件、中频信号处理电路和直流信号处理电路构成；其中，天线与射频收发组件相连接，射频收发组件分别与中频信号处理电路以及直流信号处理电路相连接，中频信号处理电路以及直流信号处理电路与信号处理机相连接。
所述的射频收发组件为一个由一射频锁相振荡器、一混频器、一低噪声放大器、一功率放大器、两个功分器、以及一射频检波电路构成的一体化结构；其中，射频锁相振荡器、功率放大器、以及一功分器依次连接，该功分器的一路输出与所述的天线连接，另一路输出与混频器连接，混频器的输出与所述的中频信号处理电路连接，低噪声放大器的输入与所述的天线连接，其输出与另一功分器的输入连接，该另一功分器的一路输出与混频器连接，另一路输出与射频检波电路连接，射频检波电路的输出与所述的直流信号处理电路连接；该组件能将目标反射后的回波信号分成两路，分别进入所述的混频器和射频检波电路；所述的射频锁相振荡器产生低相位噪声，高频稳度的单频连续波；所述的混频器对目标回波进行混频后得到中频信号，该中频信号包含有目标的速度信息；所述的射频检波电路对目标回波进行检波后得到直流信号，该直流信号包含车流量信息。整个所述的射频收发组件做成一个平面微带结构。
所述的中频信号处理电路，对混频后得到的中频信号进行放大和低通滤波，并输出到所述的信号处理机。
所述的直流信号处理电路，对射频检波后得到的信号进行直流放大、低通滤波和消除抖动并最后输出到所述的信号处理机。消除抖动是通过将直流放大、低通滤波后输出的信号输入到迟滞比较器来实现的。
所述的信号处理机采用DSP微处理器。
每个所述的雷达前端检测其对应的一个车道的车流量和车速信息，多个所述的雷达前端共用一个所述的信号处理机，所述的信号处理机对各所述的雷达前端输出的中频信号和直流信号同时采集。
所述的信号处理机将各车道的车流量和速度信息通过串口输出到外界。
由于采用了以上的方案，使本发明具备的有益效果在于：利用单频连续波雷达测速性能高的特点，克服了现有的车流量检测雷达测速不准的弱点，同时对射频检波输出的信号进行直流放大、低通滤波和消抖得到一直流信号，然后检测该直流信号的电平变化来进行车流量的检测，电路和信号处理都比现有的车流量检测雷达简单。另外用迟滞比较器对射频检波输出的直流信号进行消抖，能使直流信号在有目标和无目标时分别维持在两个固定的电平，从而克服了现有车流量雷达由于有车时信号出现抖动而造成车道堵塞时车流量统计不准的问题，并且能准确测量车辆通过时间，从而结合车辆的速度算出车辆的长度，有利于车型判别。
附图说明
图1是本发明的电路结构示意图。
图2是本发明的射频收发组件的电路结构示意图。
图3是本发明的直流信号处理电路中的迟滞比较器的电压传输特性图。
图4是本发明一种新型的直接检测和测速的集成车流量雷达装置的一个优选实施例的正向安装俯视图。
图5是本发明一种新型的直接检测和测速的集成车流量雷达装置的一个优选实施例的正向安装侧视图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
一种直接检测和测速的集成车流量雷达装置，如图1所示，由雷达前端2、3、……、N和信号处理机1构成，而雷达前端2包括天线21、射频收发组件22、中频信号处理电路23和直流信号处理电路24，其中，所述的天线21与射频收发组件22相连接，所述的射频收发组件22分别与中频信号处理电路23以及直流信号处理电路24相连接，所述的中频信号处理电路23以及直流信号处理电路24与信号处理1机相连接，其他所述的雷达前端3、4……N其内部组成都如上面所述的雷达前端2一样，多个所述的雷达前端2、3……N与一个所述的信号处理机相连接。
如图2所示，所述的射频收发组件22由射频锁相振荡器221、功率放大器222、两个功分器223以及225、混频器224、低噪声放大器226和射频检波电路227构成，其中所述的射频锁相振荡器221与所述的功率放大器222连接，所述的功率放大器222与所述的功分器223连接，所述的功分器223一路与图1中所述的天线21连接，另一路与所述的混频器224连接，所述的低噪声放大器226与图1中所述的天线21连接，所述的低噪声放大器226与所述的功分器225连接，所述的功分器225一路与所述的混频器224连接，另一路与所述的射频检波电路227连接，所述的混频器224与图1中所述的中频信号处理电路23连接，所述的射频检波电路227与图1中所述的直流信号处理电路24连接。
本发明的工作过程如下所述：所述的射频锁相振荡器221产生单频连续波并经所述的功率放大器222放大后由所述的功分器223分成两路，一路作为本振输入到所述的混频器224，另一路由所述的天线21发射出去，单频连续波碰到目标被反射回来后经所述的天线21接收，由所述的低噪声放大器226放大后进入所述的功分器225并被分成两路：一路经所述的混频器224混频后输入所述的中频信号处理电路23，经放大和低通滤波后得到中频信号，然后输入至所述的信号处理机1，所述的信号处理机1对该中频信号采样和FFT变换进行频域分析得到信号的主要频率分量，根据信号的主要频率分量利用多普勒公式得到目标车辆的速度；另一路经射频检波电路227后进入所述的直流信号处理电路24，经过直流放大、滤波和消除抖动后得到直流信号，输入至所述的信号处理机1，所述的信号处理机1根据直流电平的高低变化判断有无车通过，高电平时则代表有车，低电平则代表无车，从而得到车道的车流量信息，计算高电平的持续时间得车辆通过时间信息，最后将车辆通过时间与车速相乘，得到车辆的车长，进而得到车辆是大车还是小车的车型信息。其中，直流信号处理电路24的消除抖动是通过将直流放大、低通滤波后输出的信号输入到迟滞比较器来实现的。迟滞比较器电压传输特性如图3所示。设经过直流放大、低通滤波后的直流信号为UI，迟滞比较器输出直流信号为UO，当UI由低电平向高电平变化时且UI大于高输入电平门限UIH时，则UO为高输出电平UOH，当UI由高电平向低电平变化时且UI小于低输入电平门限UIL时，则UO为低输出电平UOL。由于对雷达回波进行射频检波后输出的直流信号不会维持在固定的电平，而且当有目标时，直流信号还会在一定电平值上出现抖动，所以通过调节两个输入电平门限，则可以使直流信号处理电路的输出维持在固定的两个值，而且由于迟滞比较器的迟滞电压传输特性，能有效的消除抖动，从而有利于与车流量的测量和车辆通过时间的测量。
一个所述的雷达前端2检测一个车道的车流量和车速信息，多个所述的雷达前端2、3……N共用一个所述的信号处理机1。所述的信号处理机1同时采集各所述的雷达前端的中频信号和直流信号，并计算出各车道的车流量、车速、车辆通过时间和车型信息，最后将统计出来的各车道的信息通过串口输出到外界。
本发明在具体使用时，采用正向安装方式，如图4和图5所示。所述的雷达前端2、3、4、5都安装在龙门架上，每个所述的雷达前端都照射一个车道，而多个所述的雷达前端共用一个所述的信号处理机1，所述的信号处理机1也安装在龙门架上，安装时保证每个雷达前端发射的波束覆盖其所照射的车道。

Claims (6)

1.直接检测和测速的集成车流量雷达装置，包括一个信号处理机以及与之连接的多个雷达前端，其特征在于：所述的雷达前端由天线、射频收发组件、中频信号处理电路和直流信号处理电路构成；其中，天线与射频收发组件相连接，射频收发组件分别与中频信号处理电路以及直流信号处理电路相连接，中频信号处理电路以及直流信号处理电路与信号处理机相连接；
所述的射频收发组件包括一射频锁相振荡器、一混频器、一低噪声放大器、一功率放大器、两个功分器、以及一射频检波电路；其中，射频锁相振荡器、功率放大器、以及一功分器依次连接，该功分器的一路输出与所述的天线连接，另一路输出与混频器连接，混频器的输出与所述的中频信号处理电路连接，低噪声放大器的输入与所述的天线连接，其输出与另一功分器的输入连接，该另一功分器的一路输出与混频器连接，另一路输出与射频检波电路连接，射频检波电路的输出与所述的直流信号处理电路连接；
所述的直流信号处理电路包括直流放大单元、低通滤波单元和消除抖动单元。
2.根据权利要求1所述的直接检测和测速的集成车流量雷达装置，其特征在于：所述的中频信号处理电路包括中频信号放大单元和低通滤波单元。
3.根据权利要求1所述的直接检测和测速的集成车流量雷达装置，其特征在于：所述的消除抖动单元采用迟滞比较器电路。
4.根据权利要求1所述的直接检测和测速的集成车流量雷达装置，其特征在于：所述的信号处理机采用DSP微处理器。
5.根据权利要求1所述的直接检测和测速的集成车流量雷达装置，其特征在于：所述的雷达前端安装于车道上，并与车道一一对应。
6.根据权利要求1所述的直接检测和测速的集成车流量雷达装置，其特征在于：所述的信号处理机通过串口与外部设备相连接。
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