CN106199573A - 用于道闸控制的侧向安装雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于道闸控制的侧向安装雷达，其安装在道路侧面的自动道闸上，通过天线的宽、窄波束相结合，窄波束完成对进出停车场车辆的准确计数和对车道摄像机的触发，宽波束完成对自动栏杆附近一定范围内目标有无的探测，从而准确控制落杆时机，避免出现砸车现象。

Description

用于道闸控制的侧向安装雷达
技术领域
本发明涉及停车控制领域，尤其涉及一种用于道闸控制的侧向安装雷达。
背景技术
随着汽车工业的迅猛发展，汽车文明快速渗透进社会生活的每一个角落。市场研究显示，伴随着人均汽车保有量的迅速增长，城市车位资源也日趋紧张，停车难问题已成为困扰大中型城市发展的重要因素。对这个问题，很多城市选择传统的解决方式，单纯地扩容城市的停车资源，一方面造成城市建设负担加重，另一方面也造成人力、财力的大量投入和浪费。因此对停车管理而言，更重要的是合理优化现有的停车管理装置，结合现代化的“物联网”、“车联网”技术，创建智能化、高度集成化的信息系统。
智能化停车体系建设的过程中，出入口控制是科技链条的第一环，也是其中关键的一环，发挥着十分重要的作用。目前国内停车场出入口控制装置主要是由地感线圈实现，但地感线圈安装时需要破坏路面，且后期维护不便，同时易受到冰冻、盐碱、闪电雷击等环境影响、阴雨天气易出故障。而且地感设备的灵敏度易受到多重因素的影响，因此极可能出现“车入不起杆”、“多车一杆过”，甚至“车入落杆”这样的砸车现象。地感线圈寿命一般在两年，如果地感设备损坏，需要重新破坏地面进行替换安装。不仅造成价格成本增大，也会直接影响停车场及其所依托的小区、商场等商业地的效益和形象。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的是提供一种用于道闸控制的侧向安装雷达，其安装在道路侧面的自动道闸上，通过天线的宽、窄波束相结合，窄波束完成对进出停车场车辆的准确计数和对车道摄像机的触发，宽波束完成对自动栏杆附近一定范围内目标有无的探测，从而准确控制落杆时机，避免出现砸车现象。
本发明提供一种用于道闸控制的侧向安装雷达，包括发射单元、天线单元、接收单元、信号处理单元与控制单元。其利用调频连续波（FMCW, frequency modulatedcontinuous wave）原理，从雷达回波中提取目标的距离、速度以及幅度等信息。其中，对距离的测量用于在指定位置触发并控制自动栏杆的开启，以及控制车道摄像机进行准确的抓拍；对速度的测量用判断来车方向，排除一些不必要的虚警；幅度用以对目标类型的判断，最终可实现对不同的目标类型采取不同的控制方式。
车库道闸控制的雷达，由发射单元、天线单元、接收单元、信号处理单元与控制单元组成。
发射单元产生雷达探测所需的调制波形，以FMCW信号最为典型：发射单元将FMCW波形调制在射频频段，同时送至天线端。
天线单元包含发射天线与接收天线两个组成部分。其中发射天线负责将发射单元所产生的调制信号辐射至自由空间。该信号经过被探测目标反射后形成回波，回波被接收天线捕获，送至接收单元。本发明的特点在于在一部雷达里同时采用了宽、窄两个波束的方式，这就要求雷达具有两套收发系统，一套窄波束发射，窄波束接收，另一套宽波束发射，宽波束接收。其中，窄发射波束由于需要完成对车辆目标距离与速度的判定，所以其波束指向要偏离法线方向一定角度。而宽波束则需要覆盖一个较大角度，能够同时照顾自动栏杆内外侧两部分区域。实际应用中，宽、窄波束可以集成在一部雷达中，也可以分别置于两部独立的雷达。对于后者，其安装架设具有更高的灵活性，例如：窄波束雷达可以安装在与车道摄像机相同的位置与角度，控制计数与触发摄像机抓拍；而宽波束雷达可以安装在自动栏杆的下方，控制自动栏杆的降落。除安装方式外，这两者的基本原理是一致的，本发明将主要针对前者进行说明，其原理描述也可以用在宽窄波束分置于两部独立雷达之中。
接收单元对接收到的回波信号进行下变频、放大和滤波，经过ADC（Analog-to-Digital Converter）变换转变为数字信号。
信号处理单元对经过ADC转换的数字信号完成算法的实现与处理，进而可以得到车辆目标的距离、速度、回波强度等信息。
车库道闸雷达安装架设：雷达架设在自动栏杆下方。雷达天线包含两个波束指向，其中波束1为窄波束，指向车道的来车方向；波束2为宽波束，覆盖自动栏杆内、外两侧的部分区域。波束1与波束2都采用FMCW原理，对波束内的目标进行距离、速度以及强度的检测。
波束1通过对目标距离的探测，可以在指定距离处发送触发信号给车道摄像机，控制车道摄像机进行准确抓拍。其采用窄波束是为了实现精确计数，尤其在前后车有跟车情况发生时，最大限度保证小的跟车间距。如果波束1采用宽波束，则相邻较近的两辆车很可能被判别为一个目标，从而导致计数的错误。
雷达计数方法如下：雷达在每个发射周期对目标有无进行一次判断，没有发现目标记为0，发现目标记为1，通过对0和1的判断可以进行对车辆目标的计数。例如，如果出现01，即可判断当前处理过程中出现一个车辆目标。考虑到雷达在探测过程中，可能存在虚警、漏警，通常单次判断不一定可靠，通过多次判决可大大提高判决的准确性。例如，在总共M次的测量结果里，如果有不少于N次判定认为当前回波出现目标，则判断为出现目标。否则，判断为当前无目标出现。这样，雷达在触发相机拍照的过程中，也可以同时完成对进出停车场车辆计数的功能。
波束2采用宽波束，目的在于探测自动栏杆附近是否有目标存在。如果雷达探测到有目标，无论其是静止还是运动，都将产生一个“不落杆”的触发信号给自动道闸，起到达到避免砸车的目的。而如果雷达探测到一个目标从有到无的过程，则将产生一个“落杆”的触发信号，实现安全落杆。
雷达判断从有到无的方法如下：雷达在每个发射周期对目标有无进行一次判断，没有发现目标记为0，发现目标记为1。例如，如果出现10，即可判断当前处理过程中出现车辆目标的丢失。考虑到雷达在探测过程中，可能存在虚警、漏警，通常单次判断不一定可靠，通过多次判决可大大提高判决的准确性。例如，在总共M次的测量结果里，如果有不少于N次判定认为当前回波发生了丢失目标，则判断为目标丢失。否则，判断为当前目标没有丢失。通过这种方法，宽波束雷达可实现对“从有到无”的判断，进而准确控制自动栏杆的降落。
另外，需要指出的是，对于将宽、窄波束分别置于两部独立的雷达系统的情况，在有些存在恶意跟车的场合，前后两辆车存在相距非常近的可能。此时，为了保证计数的准确性，如果当前架设条件允许，可以将窄波束雷达放置在相机的最佳抓拍距离，同时将雷达窄波束指向垂直于道路方向，由此可以最大限度保证计数的准确性。
本发明的有益效果是：其安装在道路侧面的自动道闸上，通过天线的宽、窄波束相结合，窄波束完成对进出停车场车辆的准确计数和对车道摄像机的触发，宽波束完成对自动栏杆附近一定范围内有无目标的探测，从而准确控制落杆时机，避免出现砸车现象，与传统的地感线圈相比，本发明具有准确率高、安装简单、调试方便、后期维护容易，且不受天气与气象条件影响等优点。
附图说明
图1是本发明的后向防撞雷达装置组成框图；
图2是本发明的车库入口道闸控制的将宽窄波束集成于一体的雷达安装示意图；
图3是本发明的车库入口道闸控制的将宽窄波束雷达分置的雷达安装示意图；
图4是本发明的车库入口道闸控制的将宽窄波束雷达分置的雷达安装，且窄波束雷达垂直道路方向架设方案示意图；
图5是本发明所采用的FMCW雷达波形。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
本实施例提供一种用于道闸控制的侧向安装雷达，车库道闸雷达包括发射单元、天线单元、接收单元、信号处理单元与控制单元。各个单元之间依次相连，如图1所示。
车库道闸雷达安装示意图如图2、3所示。图2是将宽窄波束集成于一体的雷达安装示意图，图3是将宽、窄波束雷达分置的雷达安装示意图。两者安装方式略有不同，但基本原理相同。
雷达发射波形为FMCW，如图5所示。一个发射周期包含一个上扫频信号与一个下扫频信号。这两个信号的持续时间都为T，带宽为B。
发射单元产生的FMCW信号经由天线单元辐射到空间中，通过目标反射形成回波信号。回波信号与由发射单元产生的本振信号进行混频，得到混频完的中频差拍信号，且上扫频的差拍信号记为f+，下扫频的差拍信号记为f-。中频f+与f-的大小可以通过ADC采样后，利用快速傅里叶变换（FFT，fast Fourier transform）来计算。 那么，由下式可计算出目标的距离R与速度v信息。
其中，代表光速，代表发射电磁波波长，。
波束1通过对目标距离的探测，可以在指定距离处发送触发信号给车道摄像机，控制车道摄像机进行准确抓拍。其采用窄波束是为了实现精确计数，尤其在前后车有跟车情况发生时，最大限度保证小的跟车间距。如果波束1采用宽波束，则相邻较近的两辆车很可能被判别为一个目标，从而导致计数的错误。
雷达计数方法如下：雷达在每个发射周期对目标有无进行一次判断，没有发现目标记为0，发现目标记为1，通过对0和1的判断可以进行对车辆目标的计数。例如，如果出现01，即可判断当前处理过程中出现一个车辆目标。考虑到雷达在探测过程中，可能存在虚警、漏警，通常单次判断不一定可靠，通过多次判决可大大提高判决的准确性。例如，在总共M次的测量结果里，如果有不少于N次判定认为当前回波出现目标，则判断为出现目标。否则，判断为当前无目标出现。这样，雷达在触发相机拍照的过程中，也可以同时完成对进出停车场车辆计数的功能。
波束2采用宽波束，目的在于探测自动栏杆附近是否有目标存在。如果雷达探测到有目标，无论其是静止还是运动，都将产生一个“不落杆”的触发信号给自动道闸，起到达到避免砸车的目的。而如果雷达探测到一个目标从有到无的过程，则将产生一个“落杆”的触发信号，实现安全落杆。
雷达判断从有到无的方法如下：雷达在每个发射周期对目标有无进行一次判断，没有发现目标记为0，发现目标记为1。例如，如果出现10，即可判断当前处理过程中出现车辆目标的丢失。考虑到雷达在探测过程中，可能存在虚警、漏警，通常单次判断不一定可靠，通过多次判决可大大提高判决的准确性。例如，在总共M次的测量结果里，如果有不少于N次判定认为当前回波发生了丢失目标，则判断为目标丢失。否则，判断为当前目标没有丢失。通过这种方法，宽波束雷达可实现对“从有到无”的判断，进而准确控制自动栏杆的降落。
另外，需要指出的是，对于将宽、窄波束分别置于两部独立的雷达系统的情况，在有些存在恶意跟车的场合，前后两辆车存在相距非常近的可能。此时，为了保证计数的准确性，如果当前架设条件允许，可以将窄波束雷达放置在相机的最佳抓拍距离，同时将雷达窄波束指向垂直于道路方向，由此可以最大限度保证计数的准确性。具体安装架设方式如图4所示。
在有些场合，雷达使用环境较为复杂，例如环境中可能存在车辆、行人等多类型目标。如果雷达不能进行较为准确的目标分类，则有可能导致误触发。例如，当有行人从道闸雷达之前走过时，可能引起相机的误触发，甚至当行人离开宽波束雷达时，雷达会误以为目标出现了从有到无的过程，进而引发落杆，可能会出现砸车等错误。所以，雷达还需要具有一定的目标分类识别能力。
雷达散射理论认为，不同类型的目标其回波强度不同，通常行人目标回波相对较弱，而车辆目标的回波相对较强，而且两者相对差异较大，这与目标的雷达散射截面积（RCS, radar cross-section）有关。通过设置合适的回波幅度门限，可对车辆及行人的目标类型进行判定：大于门限值，则认为是车辆；小于门限值，则认为是行人。同时，门限的选取需要通过大量的测试来获得。考虑到雷达在探测过程中，目标的RCS存在起伏，所以并不能保证雷达每次所作出的判决都是准确的。所以，仍然可以采用N/M的判决法则：例如，在总共M次的测量结果里，如果有不少于N次判定认为当前目标为车辆，则判断为车辆。否则，判断当前目标为行人。通过这种方法，可将车辆与行人进行区分，针对这两种不同类型目标，雷达分别产生不同的触发信号，控制系统可以选择针对不同的触发信号做出不同的响应，例如将行人目标屏蔽，将车辆目标显示。

Claims (4)

1.一种用于道闸控制的侧向安装雷达，所述雷达由发射单元、天线单元、接收单元、信号处理单元与控制单元组成；所述发射单元产生雷达探测所需的调制波形，以FMCW信号为典型：发射单元将FMCW波形调制在射频频段，同时送至天线端；天线单元包含发射天线与接收天线两个组成部分，发射天线负责将发射单元所产生的调制信号辐射至自由空间，该信号经过被探测目标反射后形成回波，回波被接收天线捕获，送至接收单元，其特征在于：所述雷达里同时采用了宽、窄两个波束的方式，其中窄发射波束由于需要完成对车辆目标距离与速度的判定，所以其波束指向要偏离法线方向；宽波束则需要覆盖一个较大角度，能够同时照顾自动栏杆内外侧两部分区域；接收单元对接收到的回波信号进行下变频、放大和滤波，经过ADC（Analog-to-Digital Converter）变换转变为数字信号；信号处理单元对经过ADC转换的数字信号完成算法的实现与处理，进而得到车辆目标的距离、速度、回波强度信息。
2.如权利要求1所述的用于道闸控制的侧向安装雷达，其特征在于：所述雷达在每个发射周期对目标有无进行一次判断：没有发现目标记为0，发现目标记为1，通过对0和1的判断可以进行对车辆目标的计数。
3.如权利要求1所述的用于道闸控制的侧向安装雷达，其特征在于：所述回波信号与由发射单元产生的本振信号进行混频，得到混频完的中频差拍信号，且上扫频的差拍信号记为f+，下扫频的差拍信号记为f-；中频f+与f-的大小可以通过ADC采样后，利用快速傅里叶变换（FFT，fast Fourier transform）来计算，由、可计算出目标的距离R与速度v信息。
4.如权利要求1所述的用于道闸控制的侧向安装雷达，其特征在于：所述宽、窄发射波束至多设置在两部雷达中。
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