CN103885056A - 一种基于角度补偿的雷达测速装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于角度补偿的雷达测速装置及方法，包括：天线、微带电路收发系统、模数转换模块、主控芯片和倾角传感器，所述天线用于向目标物发射信号，并接收所述目标物的反射信号；所述微带电路收发系统用于将所述天线的发射信号和接收信号混频；所述模数转换模块用于将所述混频后的信号转换为数字信号；所述倾角传感器用于测量所述雷达测速装置相对于水平面的倾斜角度；所述主控芯片用于根据接所述数字信号和所述倾斜角度输出所述目标物的实际速度。本发明实施例通过在所述雷达测速装置中增加倾角传感器，并根据所述倾角传感器测得的角度修正目标物的速度，与传统的雷达测速装置相比，提高了速度测量的准确性。

Description

一种基于角度补偿的雷达测速装置及方法

技术领域

本发明涉及雷达测速技术，尤其涉及一种基于角度补偿的雷达测速装置及方法。

背景技术

随着国内智能交通行业的高速发展，微波测速雷达广泛应用于测速卡口管理、超速抓拍系统以及移动电子警察等交通智能管控系统中，并逐渐成为智能交通管理系统的核心传感器。

现有技术中，用雷达测量车辆速度时，雷达直接测量的是车辆相对雷达波发射方向运动的速度值，如图1所示，雷达直接测量的速度是V_测，而车辆的实际速度是V_车，所以要得到车辆的实际速度V_车，需要工程人员首先测量雷达的安装角度θ，然后将安装角度θ输入雷达，由雷达进行角度修正后输出车辆的实际速度V_车。现有技术中，安装角度θ通常需要测量水平距离s和雷达安装高度h，再根据三角函数关系计算得到θ的值，即

采用上述方法获取雷达的安装角度，在测量水平距离和安装高度方面都存在较大的测量误差，从而导致了雷达输出的车辆实际速度的误差较大。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于角度补偿的雷达测速装置及方法，以提高雷达测速的准确度。

一方面，本发明实施例提供了一种基于角度补偿的雷达测速装置，包括：天线、微带电路收发系统、模数转换模块、主控芯片和倾角传感器，

所述天线用于向目标物发射信号，并接收所述目标物的反射信号；

所述微带电路收发系统用于将所述天线的发射信号和接收信号混频，并将混频信号发送到所述模数转换模块；

所述模数转换模块用于将所述混频信号转换为数字信号，发送到所述主控芯片；

所述倾角传感器用于测量所述雷达测速装置相对于水平面的倾斜角度，并将测量得到的倾斜角度发送到所述主控芯片；

所述主控芯片用于根据接收到的数字信号和所述倾斜角度输出所述目标物的实际速度。

进一步的，所述主控芯片为数字信号处理器DSP或STM32系列的芯片。

进一步的，所述主控芯片包括：数据处理单元和角度修正单元；

所述数据处理单元用于根据接收到的数字信号，获取所述目标物沿所述天线发射信号方向的速度；

所述角度修正单元用于根据所述倾斜角度和所述数据处理单元获取到的速度，输出所述目标物的实际速度。

进一步的，所述倾角传感器采用双轴测量。

进一步的，所述装置还包括：预处理单元，与所述微带电路收发系统和所述模数转换模块相连，所述预处理单元用于对所述混频信号进行放大、滤波，并将放大、滤波后的信号发送到所述模数转换模块。

进一步的，所述装置还包括：时钟源，与所述主控芯片相连，用于提供所述主控芯片工作的时钟信号。

进一步的，所述装置还包括：外部存储器，与所述主控芯片相连，用于存储程序以及所述主控芯片通信过程中的数据参数。

进一步的，所述装置还包括：监控芯片，与所述主控芯片相连，用于监测所述主控芯片的工作状况。

进一步的，所述装置还包括：接口芯片，与所述主控芯片相连，所述主控芯片用于通过所述接口芯片与上位机进行通信。

另一方面，本发明实施例还提供了一种基于上述雷达测速装置的测速方法，该方法包括：

天线向目标物发射信号，并接收所述目标物的反射信号；

微带电路收发系统将所述天线的发射信号和接收信号混频，并将混频信号发送到模数转换模块；

所述模数转换模块将所述混频信号转换为数字信号，发送到所述主控芯片；

倾角传感器测量所述雷达测速装置相对于水平面的倾斜角度，并将测量得到的倾斜角度发送到所述主控芯片；

所述主控芯片根据接收到的数字信号和所述倾斜角度输出所述目标物的实际速度。

本发明实施例提供的基于角度补偿的雷达测速装置及方法，通过在所述雷达测速装置中增加倾角传感器，并根据所述倾角传感器测得的角度修正目标物的速度，与传统的雷达测速装置相比，提高了速度测量的准确性。

附图说明

图1是现有技术中雷达测速装置的测速示意图；

图2是本发明实施例提供的基于角度补偿的雷达测速装置的示意图；

图3是本发明实施例提供的基于角度补偿的雷达测速装置的一个优选示意图；

图4是本发明实施例提供的基于角度补偿的雷达测速装置中主控芯片的工作流程图；

图5是本发明实施例提供的基于角度补偿的雷达测速装置中倾角传感器的原理图；

图6是本发明实施例提供的基于角度补偿的雷达测速装置中目标物在非水平路段的示意图；

图7是本发明实施例提供的基于角度补偿的雷达测速装置的测速方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

本发明实施例提供的基于角度补偿的雷达测速装置可应用于测速卡口管理、超速抓拍系统以及移动电子警察等交通智能管理系统中。

图2示出了本发明实施例提供的基于角度补偿的雷达测速装置的示意图，如图2所示，所述装置包括：天线1、微带电路收发系统2、主控芯片3、倾角传感器4和模数转换模块5。其中，所述天线1用于向目标物发射信号，并接收所述目标物的反射信号，本实施例中的目标物可以为车辆，也可以为其它可移动的物体；所述微带电路收发系统2用于将所述天线1的发射信号和接收信号混频，并将混频信号发送到所述模数转换模块5；所述模数转换模块5用于将所述混频信号转换为数字信号，发送到所述主控芯片3；所述倾角传感器4用于测量所述雷达测速装置相对于水平面的倾斜角度，并将测量得到的倾斜角度发送到所述主控芯片3；所述主控芯片3用于根据接收到的数字信号和所述倾斜角度输出所述目标物的实际速度。

本实施例中，所述雷达测速装置是依据多普勒原理实现的，即所述天线1发出固定频率的微波信号，再接收被目标物反射回来的微波信号。如果所述天线1发射波束中出现移动目标物相对于天线发射信号的方向有速度，发射的微波信号和反射的微波信号会出现频率差，称为多普勒频移，这个频移和移动的物体速度有对应关系，可以通过对接收回波的处理计算得到所述目标物沿天线发射信号方向的速度。因此，本实施例中，所述主控芯片3可以根据从所述模数转换模块5接收到的数字信号得到所述目标物沿所述天线1发射信号方向的速度。

在实际卡口应用中，雷达测速装置一般安装在高处，例如，如图1所示，雷达测速装置安装在车道的上方，现有的雷达测速装置测出来的是车辆沿雷达测速装置发射信号方向的速度，即测量速度，并非车辆的实际速度。本发明实施例中，在所述雷达测速装置中增加了倾角传感器4，所述倾角传感器4可直接准确地测得所述雷达测速装置与水平方向的夹角，所述夹角即为测速雷达装置的安装角度，所述车辆沿雷达测速装置发射信号方向的速度与车辆实际速度的夹角等于所述安装角度，所述雷达测速装置根据所述安装角度可以对所述测量速度进行修正，得到车辆的实际速度。

本领域的技术人员可以理解，所述测速装置还包括电源管理模块，用于将外部电源电压，如12V，转换为所述测速装置内各个模块所需的工作电压。

本发明实施例提供的基于角度补偿的雷达测速装置，通过在所述雷达测速装置中增加倾角传感器，并根据所述倾角传感器测得的角度修正目标物的速度，与传统的雷达测速装置相比，提高了速度测量的准确性。

上述实施例中，所述主控芯片3可以为DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)，也可以为STM32系列的芯片，在此不作具体限定。如图3所示，所述主控芯片3可包括：数据处理单元31和角度修正单元32。其中，所述数据处理单元31用于根据接收到的数字信号获取所述目标物沿所述天线发射信号方向的速度，所述处理单元31的处理过程可以包括对接收到的数字信号进行数据包解析、滤波、傅里叶变换、抗干扰处理、目标识别等处理；所述角度修正单元32用于根据所述倾斜角度和所述数据处理单元获取到的速度，输出所述目标物的实际速度。图4示出了所述主控芯片的工作流程图，如图4所示，所述主控芯片接收到所述模数转换模块5发送的数字信号后，进行数据包解析、滤波、傅里叶变换、抗干扰处理以及目标识别处理后得到目标物沿天线发射信号方向的速度，然后对所述沿天线发射信号方向的速度进行角度修正，得到所述目标物的实际速度。

上述实施例中，所述倾角传感器，可以采用双轴测量，也可以采用单轴测量，在实际应用中，所述倾角传感器可以单独使用，也可以集成在所述主控芯片中使用。图5示出了本发明实施例中采用双轴测量方法测量倾角的示意图，如图5所示，假设所述雷达测速装置的X轴与Y轴为图5中所示，重力加速度的理想值为1g。当所述雷达测速装置与水平面的夹角为θ时，重力加速度在X轴方向的分量为Ax，且Ax=1g*sin(θ)，重力加速度在Y轴方向的分量为Ay，且Ay=1g*cos(θ)，则重力加速度在X轴和Y轴上的分量的比值如公式1所示：

$\frac{A_X}{A_Y}=\frac{1g\×\sin \left(\mathrm{\θ}\right)}{1g\×\cos \left(\mathrm{\θ}\right)}=\tan \left(\mathrm{\θ}\right)$

由公式1可知，夹角

上述实施例中，所述倾角传感器可以直接获取到所述雷达测速装置与水平面的夹角，并通过串行接口将获取到的夹角传入所述主控芯片中，由所述主控芯片进行速度的修正，例如，假设主控芯片3根据接收到混频信号处理得到的车辆沿天线发射信号方向的速度为V1，再根据所述倾角传感器4测得的夹角θ可得到车辆的实际速度V2=V1/cosθ。而现有的雷达测速装置需要手动测量测速装置与水平面的夹角，并将夹角值手动输入雷达测速装置。与现有的雷达测速装置相比，本发明实施例提供的雷达测速装置简化了工程操作流程，同时节省了工程中调试雷达测速装置安装角度的时间。

上述实施例中，所述装置还可包括：预处理单元6，如图3所示，所述预处理单元6与所述微带电路收发系统2和所述模数转换模块5相连，用于对所述混频信号进行放大、滤波，并将放大、滤波后的信号发送到所述模数转换模块。

上述实施例中，所述装置还包括：时钟源7，如图3所示，所述时钟源7与所述主控芯片3相连，用于提供所述主控芯片3工作的时钟信号。

上述实施例中，所述装置还包括：外部存储器8，如图3所示，所述外部存储器8与所述主控芯片3相连，用于存储程序以及所述主控芯片3通信过程中的数据参数。

上述实施例中，所述装置还包括：监控芯片9，如图3所示，所述监控芯片9与所述主控芯片3相连，用于监测所述主控芯片3的工作状况，例如监控所述主控芯片是否运行正常，如果主控芯片工作异常，则自动重启主控芯片。

上述实施例中，所述装置还包括：接口芯片10，如图3所示，所述接口芯片10与所述主控芯片3相连，所述主控芯片3用于通过所述接口芯片10与上位机进行通信，例如，所述主控芯片根据所述上位机的指令进行数据参数的设置、所述主控芯片向所述上位机发送速度处理结果等。

当所述雷达测速装置应用到非水平路段时，可以先采用坡度仪测量路面的倾角，然后将所述倾角输入到所述雷达测速装置，进行角度修正。例如图6所示，目标物所在的路段并非水平路段，雷达测速装置的安装角度为θ，目标物在雷达测速装置发射信号方向的速度为V_测。采用坡度仪侧得所述目标物与水平路段的夹角为λ，则所述测速雷达装置根据该夹角可得到目标物的实际速度V=V_测/cos(θ-λ)。

图7示出了本发明实施例提供的雷达测速装置的测速方法的流程图，本实施例提供的方法由上述实施例提供的雷达测速装置来执行，如图7所示，所述流程下述如下：

步骤701、天线向目标物发射信号，并接收所述目标物的反射信号。

步骤702、微带电路收发系统将所述天线的发射信号和接收信号混频，并将混频信号发送到模数转换模块。

步骤703、所述模数转换模块将所述混频信号转换为数字信号，发送到所述主控芯片；

步骤704、倾角传感器测量所述雷达测速装置相对于水平面的倾斜角度，并将测量得到的倾斜角度发送到所述主控芯片。

步骤705、所述主控芯片根据接收到的数字信号和所述倾斜角度输出所述目标物的实际速度。

本实施例提供的雷达测速方法由图1所示的雷达测速装置来执行，可以实现相同的效果，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于角度补偿的雷达测速装置，其特征在于，包括：天线、微带电路收发系统、模数转换模块、主控芯片和倾角传感器，

所述天线用于向目标物发射信号，并接收所述目标物的反射信号；

所述微带电路收发系统用于将所述天线的发射信号和接收信号混频，并将混频信号发送到所述模数转换模块；

所述模数转换模块用于将所述混频信号转换为数字信号，发送到所述主控芯片；

所述倾角传感器用于测量所述雷达测速装置相对于水平面的倾斜角度，并将测量得到的倾斜角度发送到所述主控芯片；

所述主控芯片用于根据接收到的数字信号和所述倾斜角度输出所述目标物的实际速度。

2.根据权利要求1所述的基于角度补偿的雷达测速装置，其特征在于，所述主控芯片为数字信号处理器DSP或STM32系列的芯片。

3.根据权利要求1或2所述的基于角度补偿的雷达测速装置，其特征在于，所述主控芯片包括：数据处理单元和角度修正单元；

所述数据处理单元用于根据接收到的数字信号获取所述目标物沿所述天线发射信号方向的速度；

所述角度修正单元用于根据所述倾斜角度和所述数据处理单元获取到的速度，输出所述目标物的实际速度。

4.根据权利要求1所述的基于角度补偿的雷达测速装置，其特征在于，所述倾角传感器采用双轴测量。

5.根据权利要求1所述的基于角度补偿的雷达测速装置，其特征在于，所述装置还包括：预处理单元，与所述微带电路收发系统和所述模数转换模块相连，所述预处理单元用于对所述混频信号进行放大、滤波，并将放大、滤波后的信号发送到所述模数转换模块。

6.根据权利要求1所述的基于角度补偿的雷达测速装置，其特征在于，所述装置还包括：时钟源，与所述主控芯片相连，用于提供所述主控芯片工作的时钟信号。

7.根据权利要求1所述的基于角度补偿的雷达测速装置，其特征在于，所述装置还包括：外部存储器，与所述主控芯片相连，用于存储程序以及所述主控芯片通信过程中的数据参数。

8.根据权利要求1所述的基于角度补偿的雷达测速装置，其特征在于，所述装置还包括：监控芯片，与所述主控芯片相连，用于监测所述主控芯片的工作状况。

9.根据权利要求1所述的基于角度补偿的雷达测速装置，其特征在于，所述装置还包括：接口芯片，与所述主控芯片相连，所述主控芯片用于通过所述接口芯片与上位机进行通信。

10.一种基于权利要求1-9中任一权利要求所述的雷达测速装置的测速方法，其特征在于，该方法包括：

天线向目标物发射信号，并接收所述目标物的反射信号；

微带电路收发系统将所述天线的发射信号和接收信号混频，并将混频信号发送到模数转换模块；

所述模数转换模块将所述混频信号转换为数字信号，发送到所述主控芯片；

倾角传感器测量所述雷达测速装置相对于水平面的倾斜角度，并将测量得到的倾斜角度发送到所述主控芯片；

所述主控芯片根据接收到的数字信号和所述倾斜角度输出所述目标物的实际速度。

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