CN104730501A - 机动车雷达测速仪现场仿真方法及检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机动车雷达测速仪现场检测装置及仿真方法，对被检机动车雷达测速仪进行现场检测，包括运动目标模拟装置、微波频率计数器、微波功率计、工控机、闭环控制云台和测距仪功能单元，运动目标模拟装置现场接收被检机动车雷达测速仪微波信号经叠加多普勒信号后再发射调制微波信号至被检机动车雷达测速仪，微波频率计数器和微波功率计分别接收微波信号的微波发射频率和发射功率，工控机分别连接微波频率计数器/微波功率计、测距仪和闭环控制云台，进行数据的接收和处理、控制各功能单元的运行并协调检测装置自动完成整个检测过程；实现机动车雷达测速仪现场检测过程中真实性、重复性难以兼顾的问题，为检测提供了一个科学、安全、高效的现场仿真方案。

Description

机动车雷达测速仪现场仿真方法及检测装置

技术领域

本发明涉及一种机动车雷达测速仪现场检测装置，同时还提供一种机动车雷达测速仪现场仿真方法。

背景技术

根据世界卫生组织的统计，每年约有124万人因道路交通碰撞而死亡，另有2000万至5000万的人遭受非致命伤害，许多人因伤害而出现残疾。2000年作出的估计表明，道路交通碰撞的经济成本大约为5180亿美元。而中国是世界上交通事故死亡人数最多的国家之一，从二十世纪八十年代末中国交通事故年死亡人数首次超过五万人至今，中国（未包括港澳台地区）每年交通事故数十万起，每年因交通事故死亡人数已经连续十余年居世界第一。据公安部交通管理局通报，2009年，全国共发生道路交通事故238351起，造成67759人死亡、275125人受伤，直接财产损失9.1亿元。

超速是发生道路交通碰撞的一个重要原因，平均速度的上升与发生碰撞事故的可能性以及碰撞后果的严重性直接相关——仅在1998年一年内，就有4.2万名美国人丧生于车轮之下，350万人受伤，造成了极大的经济损失。而在这些致命的交通事故中，有超过三分之一都是由于司机不按规定速度行驶即超速驾驶造成的。超速驾驶会降低司机反应时间，增加交通事故发生的概率，事故的严重性也大大增加。为了避免这类致命事故的发生，各国政府采用交警巡逻、电子监控等方式，以保证机动车合理安全的行驶速度。

因此，从执法角度来看，取缔超速是一种比较具体的维护交通安全的手段。作为对机动车的行驶速度进行测量的工具，机动车雷达测速仪以其测速准确、灵活机动、便于安装等特点，广泛应用于国内外交通安全领域，研究机动车雷达测速仪现场仿真方法，并设计相应的检测装置，一方面可以对机动车雷达测速仪的现场安装水平进行有效监管、提高机动车雷达测速仪现场检测的安全性和效率，减少对正常交通的影响；另一方面可以为交通管理部门执法提供更有力的技术依据，更好的遏制超速行为的发生，从而间接保障了人民群众的生命、财产安全，具有显著的现实需求和重要的社会意义。

虽然在世界范围内，利用机动车雷达测速仪对车辆的行驶速度进行测量已经非常普遍，属于较为成熟的一种测速方法。但由于机动车雷达测速仪的安装角度对测速准确度有很大的影响，因此如何对固定安装在道路现场的机动车雷达测速仪进行准确、可靠、高效的仿真检测，仍然是国际测速计量领域一个亟待攻克的技术难关。

车辆通过雷达测速区域时，机动车雷达测速仪的微波发射角度与车辆行驶的方向存在一个夹角，在没有进行角度修正的情况下，机动车雷达测速仪所显示的速度与车辆的行驶速度是不同的。目前，国内对固定安装在道路上的机动车雷达测速仪，采取模拟检测和现场检测两步进行的方式。先将机动车雷达测速仪从安装点位拆卸下来，检测机动车雷达测速仪微波发射频率后，由运动目标速度模拟装置给出一组理想的标准速度多普勒信号，以此对机动车雷达测速仪的准确度及测量范围进行检测。然后将机动车雷达测速仪安装回测速现场，用装有标准测速仪的标准速度车以实车行驶的形式多次通过雷达测速区域，将机动车雷达测速仪的示值与标准测速仪示值进行比对。这种检测方案的模拟检测部分只考察了机动车雷达测速仪在零角度、理想状态下的特性，不能反映机动车雷达测速仪在测速现场的实际测速情况；检测方案的现场检测部分只能对个别速度点进行验证，检测结果的不确定度较大，检测过程安全系数低、费时费力，不能进行全量程的检测，也不能考察指定速度点的测量重复性。

美国对机动车雷达测速仪的检测，主要以国际法制计量组织（OIML）及国际警察首长协会（IACP）的相关标准为基础。模拟检测一般采用运动目标速度模拟装置进行，该方法往往需要拆卸雷达，且只能作理想状态下的检测，未考虑机动车雷达测速仪安装角度的影响；现场检测一般使用安装有五轮仪或光电测速仪的标准速度车作为标准装置，将被检机动车雷达测速仪的示值与标准速度车的车速进行比对，该方法不确定度大、效率低、安全性差，只能进行个别速度点的检查，不能进行全量程的检测和重复性测量。

英国对机动车雷达测速仪的模拟检测，也通过运动目标速度模拟装置进行。现场检测使用标准速度车在20 mph～至少120 mph速度点上进行检查，并通过相机快门、光电脉冲遮挡计时、摄像机帧数等方式进行验证，对比美国的检测方法，虽然降低了不确定度，但其他问题都没有解决，且效率更低。

瑞士由于实际道路交通状况复杂，一般倾向于采用运动目标速度模拟装置进行模拟检测。现场检测时，通过激光遮挡测速进行测量，该方法虽然准确度较高，但安装调试困难，易受天气、过往车辆的影响，同时也存在不能进行全量程的检测和重复性测量的问题。

目前国内外通行的模拟检测方法都没有充分考虑雷达微波发射频率与标称值不一致和雷达主瓣宽度的问题，不能准确的重复模拟实际道路上车辆通过测速区域时的情况，所以从理论上来说不是一种完善的检测方法，既不能完全反映机动车雷达测速仪的测速特性，也无法充分保证机动车雷达测速仪安装到测速现场以后的准确性。而目前的现场检测方法，都不同程度的存在不确定度较大、安全性差、效率低，不能进行全量程检测和重复性测量等问题。因此，本项目作为一种新型的现场仿真方法，可以模拟真实车辆以不同速度通过机动车雷达测速仪检测区域时的情况，克服了上述方法的缺陷，国内外尚无类似的技术和设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种机动车雷达测速仪现场仿真方法及检测装置，解决现有仿真方法及检测装置没有充分考虑机动车雷达测速仪微波发射频率与标称值不一致和雷达主瓣宽度及雷达安装角度不同带来的既不能完全反映机动车雷达测速仪的测速特性，也无法充分保证机动车雷达测速仪安装到测速现场以后的准确性问题，和现有的现场检测方法存在不确定度较大、安全性差、效率低，不能进行全量程检测和重复性测量等问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种机动车雷达测速仪现场检测装置，对被检机动车雷达测速仪进行现场检测，包括运动目标模拟装置、微波频率计数器、微波功率计、工控机、闭环控制云台和测距仪功能单元，运动目标模拟装置现场接收被检机动车雷达测速仪微波信号经叠加多普勒信号后再发射调制微波信号至被检机动车雷达测速仪，微波频率计数器和微波功率计分别接收微波信号的微波发射频率和发射功率，工控机分别连接微波频率计数器/微波功率计、测距仪和闭环控制云台，进行数据的接收和处理、控制各功能单元的运行并协调检测装置自动完成整个检测过程。

所述运动目标模拟装置包括微带天线、选通调制器和信源适配器，微带天线连接选通调制器接收被检机动车雷达测速仪微波信号至选通调制器，信源适配器连接选通调制器，信源适配器叠加多普勒信号至选通调制器调制后经微带天线发射调制微波信号至被检机动车雷达测速仪。

所述选通调制器包括依次环路连接的低噪声放大器、正交移相混频器、功率放大器和环形器，正交移相混频器接收信源适配器的多普勒信号，环形器连接微带天线接收微波信号和发射调制信号。

环路中环形器的两侧还分别设置有隔离器。

工控机通过设置伺服电机或车载方式驱动检测装置。

所述测距仪为激光测距仪和摄像机。

本发明还提供一种机动车雷达测速仪现场仿真方法，对被检机动车雷达测速仪进行现场检测，包括运动目标模拟装置、微波频率计数器、微波功率计、工控机、闭环控制云台、摄像机和激光测距仪功能单元，通过运动目标模拟装置现场接收被检机动车雷达测速仪微波信号和发射调制后的调制微波信号，工控机分别连接的微波频率计数器、微波功率计、激光测距仪和闭环控制云台，进行被检机动车雷达测速仪频率、功率、安装角度和检测距离数据的接收和处理，控制各功能单元的运行，协调装置自动完成整个检测过程，在接收的微波信号上叠加具有相位差的两路多普勒信号经调制后再发射调制微波信号至被检机动车雷达测速仪，使被检机动车雷达测速仪显示相应仿真速度。

在所述检测过程中，当待检机动车雷达测速仪所发射的微波信号的频率为f时，由工控机控制信源适配器，输出两路具有一定相位差的多普勒频率f _d，该多普勒频率根据待检机动车雷达测速仪微波发射频率f和运动目标模拟装置运动速度v生成：

式中：f _d——多普勒频率，Hz；

c——电磁波的传播速度0.299792458 (Gm/s)；

K——单位换算因子，K=10^-3/3.6；

f——雷达测速仪微波发射频率的标称值，MHz；

v——速度设定值，km/h。

多普勒频率经选通调制器调制后完成f ₀ ± f _d的调制过程，并加载在测试通道上，由微带天线将调制后的微波调制信号发射回待检机动车雷达测速仪，待检机动车雷达测速仪接收到调制后的微波调制信号，通过下变频等工作，检测出多普勒频率f _d，并显示为相应的速度值。

微波频率计数器检测运动目标模拟装置接收的微波信号的实际微波发射频率，微波功率计检测运动目标模拟装置接收的微波信号的微波发射功率，从而确定待测机动车雷达测速仪雷达主瓣在被检车道内的分布和信号强度；闭环控制云台驱动微带天线作水平旋转和俯仰运动，使微带天线能够根据微波功率值的变化跟踪被检机动车雷达测速仪的方位，并反馈此时的水平旋转角度和俯仰角度，从而得到待检机动车雷达测速仪安装角度的信息；

激光测距仪在微带天线对准被检机动车雷达测速仪后，测量微带天线与被检机动车雷达测速仪之间的距离，计算车辆在测速区域内的行驶距离。

运动目标模拟装置包括微带天线、选通调制器和信源适配器，微带天线接收被检机动车雷达测速仪的微波信号，并负责将调制后的调制微波信号发射回被检机动车雷达测速仪；选通调制器接收信源适配器输出两路具有相位差的多普勒频率信号叠加到选通调制器，调制后的调制微波信号通过微带天线发射回被检机动车雷达测速仪。

本发明的有益效果是通过微波频率计数器、微波功率计、闭环控制云台以及激光测距仪等设备的使用，获取机动车雷达测速仪检测区域内雷达主瓣信号的分布情况，自动确定相应的多普勒仿真信号即调制微波信号，该仿真信号考虑了被检机动车雷达测速仪的频率、安装角度以及信号强度的信息，从而能够模拟真实车辆通过测速区域时的情况，可对安装在道路上的机动车雷达测速仪作全量程检测，解决了机动车雷达测速仪现场检测过程中真实性、重复性难以兼顾的问题，为检测提供了一个科学、安全、高效的现场仿真方案。

附图说明

图1为本发明检测装置的结构示意图；

图2为本发明选通调制器的结构示意图；

图3为本发明仿真方法的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

本实施例提供一种机动车雷达测速仪现场检测装置，如图1和图2所示，对被检机动车雷达测速仪进行现场检测，包括运动目标模拟装置、微波频率计数器、微波功率计、工控机、闭环控制云台、摄像机和激光测距仪功能单元，运动目标模拟装置现场接收被检机动车雷达测速仪微波信号经叠加多普勒信号后再发射调制微波信号至被检机动车雷达测速仪，微波频率计数器和微波功率计分别接收微波信号的微波发射频率和发射功率，工控机分别连接微波频率计数器/微波功率计、激光测距仪和闭环控制云台，进行频率、功率强度、安装角度和测量距离数据的接收和处理、控制各功能单元的运行并协调装置自动完成整个检测过程，工控机通过设置伺服电机方式驱动运动目标模拟装置，或者也可以采用车载方式。

所述运动目标模拟装置包括微带天线、选通调制器和信源适配器，微带天线连接选通调制器接收被检机动车雷达测速仪微波信号至选通调制器，信源适配器连接选通调制器，信源适配器叠加多普勒信号至选通调制器调制后经微带天线发射调制微波信号至被检机动车雷达测速仪。

所述选通调制器包括依次环路连接的隔离器、低噪声放大器、正交移相混频器、功率放大器、环形器和隔离器，正交移相混频器接收信源适配器的多普勒信号，环形器连接微带天线接收微波信号和发射调制信号。

本实施例检测装置通过微波频率计数器、微波功率计、闭环控制云台以及激光测距仪等设备的使用，获取机动车雷达测速仪检测区域内雷达主瓣信号的分布情况，自动确定相应的多普勒仿真信号，该仿真信号考虑了被检机动车雷达测速仪的频率、安装角度以及信号强度的信息，从而能够模拟真实车辆通过测速区域时的情况，可对安装在道路上的机动车雷达测速仪作全量程检测。

本实施例还提供一种机动车雷达测速仪仿真方法，如图1、图2和图3所示，将检测装置摆放在被检车道中，检测装置的微带天线可通过闭环控制云台作水平旋转与俯仰运动。检测装置受伺服系统驱动，或以车载形式驱动，通过图3的A、B、C三处，借助微带天线、低噪声放大器及微波功率计确定机动车雷达测速仪主瓣在车道内各点的功率变化情况。在此过程中，闭环控制云台可根据微波功率测量值将微带天线对准被检机动车雷达测速仪。工控机记录微波功率最大点（B处附近）、相对微波功率最大点下降3 dB处（C、A处附近）微带天线的水平/俯仰角度β及α，并通过激光测距仪和摄像机测量A、B、C三处与机动车雷达测速仪之间的距离。根据以上数据，计算得到该车道内被检雷达主瓣的角度范围以及车辆通过雷达主瓣时所经过的距离。装置通过微带天线、低噪声放大器及微波频率计数器测量机动车雷达测速仪的微波发射频率实际值。

驱动检测装置回到功率测得值最大处（图3中B处附近），对机动车雷达测速仪发出仿真速度信号。根据车辆通过机动车雷达测速仪主瓣时所行驶的距离d _AC及速度v，可得到仿真信号的持续时间： ；根据机动车雷达测速仪微波发射频率的实际值f，车辆速度v所对应的多普勒频率为f _d，则车辆进入雷达主瓣时所对应的多普勒频率： ，车辆离开雷达主瓣时所对应的多普勒频率： ，车辆在雷达主瓣中某个角度γ处所对应的多普勒频率： ，（）。在时间t范围内，通过模拟多普勒频率随着角度从α到β的变化，并辅以测速距离、被检车型所对应的信号强弱变化，即可对车辆通过机动车雷达测速仪波束时的情景进行仿真。

在所述检测过程中，当待检机动车雷达测速仪所发射的微波信号的频率为f时，由工控机控制信源适配器，输出两路具有一定相位差的多普勒频率f _d，该多普勒频率根据待检机动车雷达测速仪微波发射频率f和运动目标模拟装置运动速度v生成：

式中：f _d——多普勒频率，Hz；

c——电磁波的传播速度0.299792458 (Gm/s)；

K——单位换算因子，K=10^-3/3.6；

f——雷达测速仪微波发射频率的标称值，MHz；

v——速度设定值，km/h。

多普勒频率经选通调制器调制后完成f ₀ ± f _d的调制过程，并加载在测试通道上，由微带天线将调制后的微波调制信号发射回待检机动车雷达测速仪，待检机动车雷达测速仪接收到调制后的微波调制信号，通过下变频等工作，检测出多普勒频率f _d，并显示为相应的速度值。

Claims (9)

1.机动车雷达测速仪现场检测装置，对被检机动车雷达测速仪进行现场检测，其特征在于：包括运动目标模拟装置、微波频率计数器、微波功率计、工控机、闭环控制云台和测距仪功能单元，运动目标模拟装置现场接收被检机动车雷达测速仪微波信号经叠加多普勒信号后再发射调制微波信号至被检机动车雷达测速仪，微波频率计数器和微波功率计分别接收微波信号的微波发射频率和发射功率，工控机分别连接微波频率计数器/微波功率计、测距仪和闭环控制云台，进行数据的接收和处理、控制各功能单元的运行并协调检测装置自动完成整个检测过程。

2.根据权利要求1所述的机动车雷达测速仪现场检测装置，其特征在于：所述运动目标模拟装置包括微带天线、选通调制器和信源适配器，微带天线连接选通调制器接收被检机动车雷达测速仪微波信号至选通调制器，信源适配器连接选通调制器，信源适配器叠加多普勒信号至选通调制器调制后经微带天线发射调制微波信号至被检机动车雷达测速仪。

3.根据权利要求2所述的机动车雷达测速仪现场检测装置，其特征在于：所述选通调制器包括依次环路连接的低噪声放大器、正交移相混频器、功率放大器和环形器，正交移相混频器接收信源适配器的多普勒信号，环形器连接微带天线接收微波信号和发射调制信号。

4.根据权利要求3所述的机动车雷达测速仪现场检测装置，其特征在于：环路中环形器的两侧还分别设置有隔离器。

5.根据权利要求1所述的机动车雷达测速仪现场检测装置，其特征在于：工控机通过设置伺服电机或车载方式驱动检测装置，所述测距仪为激光测距仪和摄像机。

6.采用权利要求1-5任一种仿真检测装置的机动车雷达测速仪现场仿真方法，对被检机动车雷达测速仪进行现场检测，包括运动目标模拟装置、微波频率计数器、微波功率计、工控机、闭环控制云台、摄像机和激光测距仪功能单元，其特征在于：通过运动目标模拟装置现场接收被检机动车雷达测速仪微波信号和发射调制后的调制微波信号，工控机分别连接的微波频率计数器、微波功率计、激光测距仪、摄像机和闭环控制云台，进行被检机动车雷达测速仪频率、功率、安装角度和检测距离数据的接收和处理，控制各功能单元的运行，协调检测装置自动完成整个检测过程，在接收的微波信号上叠加具有相位差的两路多普勒信号经调制后再发射调制微波信号至被检机动车雷达测速仪，使被检机动车雷达测速仪显示相应仿真速度。

7.根据权利要求6所述的机动车雷达测速仪现场仿真方法，其特征在于：

在所述检测过程中，当待检机动车雷达测速仪所发射的微波信号的频率为f时，由工控机控制信源适配器，输出两路具有一定相位差的多普勒频率f _d，该多普勒频率根据待检机动车雷达测速仪微波发射频率f和运动目标模拟装置运动速度v生成：

式中：f _d——多普勒频率，Hz；

c——电磁波的传播速度0.299792458 (Gm/s)；

K——单位换算因子，K=10^-3/3.6；

f——雷达测速仪微波发射频率的标称值，MHz；

v——速度设定值，km/h；

多普勒频率经选通调制器调制后完成f ₀ ± f _d的调制过程，并加载在测试通道上，由微带天线将调制后的微波调制信号发射回待检机动车雷达测速仪，待检机动车雷达测速仪接收到调制后的微波调制信号，通过下变频等工作，检测出多普勒频率f _d，并显示为相应的速度值。

8.根据权利要求6或7所述的机动车雷达测速仪现场仿真方法，其特征在于：

微波频率计数器检测运动目标模拟装置接收的微波信号的实际微波发射频率，微波功率计检测运动目标模拟装置接收的微波信号的微波发射功率，从而确定待测机动车雷达测速仪雷达主瓣在被检车道内的分布和信号强度；闭环控制云台驱动微带天线作水平旋转和俯仰运动，使微带天线能够根据微波功率值的变化跟踪被检机动车雷达测速仪的方位，并反馈此时的水平旋转角度和俯仰角度，从而得到待检机动车雷达测速仪安装角度的信息；

激光测距仪和摄像机在微带天线对准被检机动车雷达测速仪后，测量微带天线与被检机动车雷达测速仪之间的距离，计算车辆在测速区域内的行驶距离。

9.根据权利要求6所述的机动车雷达测速仪现场仿真方法，其特征在于：运动目标模拟装置包括微带天线、选通调制器和信源适配器，微带天线接收被检机动车雷达测速仪的微波信号，并负责将调制后的调制微波信号发射回被检机动车雷达测速仪；选通调制器接收信源适配器输出两路具有相位差的多普勒频率信号叠加到选通调制器，调制后的调制微波信号通过微带天线发射回被检机动车雷达测速仪。