CN108037500B - 一种跟踪式监测雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电子测控技术领域，具体是涉及一种跟踪式监测雷达，包括：信号处理模块，产生雷达信号并传输给收发模块；接收和处理由收发模块传输来的回波信号，并传输至软件终端；收发模块，对由信号处理模块处产生的雷达信号进行处理并传输至天线模块；接收和处理由天线模块接收到的回波信号，并传输至信号处理模块；天线模块，发射由收发模块处处理后的雷达信号；接收由被探物体反射的回波信号；信号处理模块与收发模块之间、收发模块与天线模块之间均双向通信连接。本监测雷达能覆盖多个车道，其能够覆盖多个车道，对多个目标车辆进行测速、测距、测角，进而实现目标车辆的精确定位、得到目标车辆的运动轨迹。
Description
技术领域
本发明涉及电子测控技术领域，具体是涉及一种跟踪式监测雷达。
背景技术
随着城市规模的发展，私家车保有量也呈爆炸式增长，但是因为城区改造难度较大，道路实际增长并不能和车辆保有量的增长相匹配，这样就形成了目前城市交通流的几个特点：车流密度高，道路满负荷、超承载容易形成拥堵；车流速度越发缓慢，辆间距更小；因道路条件的限制，导致人、非机动车对路权争夺加剧；道路上违法驾驶的行为时有发生，容易引发事故；主干道潮汐车流的情况越发明显。
传统的监测工具并不能和城市交通流的上述特点相适应，例如视频检测器，其监测范围窄、覆盖车道较少，在高密度、缓慢车流下不能兼顾定位、跟踪和分类，同时容易受天气、日夜转换、照度和雾霾的影响。因此，提供一种能够适应目前城市交通流特点的车辆监测工具很有必要。
发明内容
根据现有技术中存在的问题，本发明提供了一种跟踪式监测雷达，其能够覆盖多个车道，对多个目标车辆进行测速、测距、测角，进而实现目标车辆的精确定位、得到目标车辆的运动轨迹。
本发明采用以下技术方案：
一种跟踪式监测雷达，包括如下部分：
信号处理模块，产生雷达信号并传输给收发模块；接收和处理由收发模块传输来的回波信号，并传输至软件终端；
收发模块，对由信号处理模块处产生的雷达信号进行处理并传输至天线模块；接收和处理由天线模块接收到的回波信号，并传输至信号处理模块；
天线模块，发射由收发模块处处理后的雷达信号；接收由被探物体反射的回波信号；
信号处理模块与收发模块之间、收发模块与天线模块之间均双向通信连接。
优选的，所述信号处理模块包括数字处理器和信号处理器；所述数字处理器的输出端连接软件终端，数字处理器与信号处理器之间、信号处理器与收发模块之间均双向通信连接。
进一步优选的，所述收发模块包括低噪声放大器Ⅰ、功分器Ⅰ、滤波器Ⅰ、取模运算器、压控振荡器、放大器、低噪声放大器Ⅱ、功分器Ⅱ、滤波器Ⅱ；所述低噪声放大器Ⅰ的输出端连接功分器Ⅰ的输入端，功分器Ⅰ的输出端连接滤波器Ⅰ的输入端，滤波器Ⅰ的输出端连接信号处理器的输入端；所述取模运算器的输入端连接信号处理器的输出端，取模运算器的输出端连接压控振荡器的输入端，压控振荡器的输出端连接放大器的输入端；所述低噪声放大器Ⅱ的输出端连接功分器Ⅱ的输入端，功分器Ⅱ的输出端连接滤波器Ⅱ的输入端，滤波器Ⅱ的输出端连接信号处理器的输入端；所述低噪声放大器Ⅰ的输入端、放大器的输出端、低噪声放大器Ⅱ的输入端均与天线模块双向通信连接。
更进一步优选的，所述天线模块包括接收天线Ⅰ、发射天线、接收天线Ⅱ；所述接收天线Ⅰ的输出端连接低噪声放大器Ⅰ的输入端，发射天线的输入端连接放大器的输出端，接收天线Ⅱ的输出端连接低噪声放大器Ⅱ的输入端。
更进一步优选的，所述接收天线Ⅰ、发射天线、接收天线Ⅱ均采用宽波束微带天线。
更进一步优选的，本监测雷达的工作过程如下：信号处理器发出雷达信号，通过取模运算器确定雷达信号的发射频率，再通过压控振荡器稳定发射频率，最后通过放大器将雷达信号放大并由发射天线向空间辐射，辐射出的雷达信号接触到被探物体后产生回波信号，一路回波信号被接收天线Ⅰ接收后，再通过低噪声放大器Ⅰ的放大、功分器Ⅰ的合成、滤波器Ⅰ的过滤而形成的真实信号发送给信号处理器，另一路回波信号被接收天线Ⅱ接收后，再通过低噪声放大器Ⅱ的放大、功分器Ⅱ的合成、滤波器Ⅱ的过滤而形成的真实信号发送给信号处理器，信号处理器通过接收到的两路信号对物体进行速度测定、通过两路信号的相位差对物体进行测向和测距，得到物体移动的相关数据；所述相关数据发送给数字处理器，数字处理器对物体的运动轨迹进行计算，最终将计算好的数据输入终端软件进行分析和显示；
所述取模运算器设置为四个发射频率，信号处理器产生全机的工作时序，即信号处理器连续发出的四个发射信号，依次通过取模运算器的作用从而产生四个发射频率的发射信号。
所述收发模块和天线模块集成在同一块多层微带板上；所述信号处理模块、收发模块和天线模块集成固定在由天线罩和金属壳体组成的盒体内，收发模块和天线模块所在的微带板靠近天线罩设置；所述天线罩和金属壳体固定连接，天线罩与金属壳体之间设有防水密封圈；
所述天线罩的上方设置有挡雨罩；所述金属壳体在背离天线罩的一面上设有固定支架；所述天线罩和挡雨罩均采用聚对苯二甲酸丁二醇酯塑料，金属壳体采用5A06铝合金材料，固定支架采用304不锈钢材料。
本发明的优点和有益效果在于：
1)本发明的监测雷达包括信号处理模块、收发模块、天线模块，信号处理模块与收发模块之间、收发模块与天线模块之间均双向通信连接；信号处理模块包括数字处理器和信号处理器；所述收发模块包括低噪声放大器Ⅰ、功分器Ⅰ、滤波器Ⅰ、取模运算器、压控振荡器、放大器、低噪声放大器Ⅱ、功分器Ⅱ、滤波器Ⅱ；所述天线模块包括接收天线Ⅰ、发射天线、接收天线Ⅱ。其中，接收天线Ⅰ、发射天线、接收天线Ⅱ均采用宽波束微带天线，由于宽波束微带天线的单元之间采用非等间距布置，导致微带传输线传输距离不同，引起每个单元发射过程中相位存在差异，根据电磁波干扰的原理，通过每个单元间的相位加权实现了雷达发射波束的展宽，因此，利用本监测雷达对车辆进行监测时，其能够覆盖多个车道，实现更宽的监测范围。
2)本发明的监测雷达中，所述取模运算器设置为四个发射频率，信号处理器产生全机的工作时序，即信号处理器连续发出的四个发射信号，依次通过取模运算器的作用从而产生四个发射频率的发射信号。因此，在接收天线Ⅰ和接收天线Ⅱ接收到的两路信号的相位差对车辆进行定向的基础上，由于接收天线Ⅰ和接收天线Ⅱ同时也接收到四个频点的信号，能够探测到同一车辆四个不同探测点的距离和运动方向，将同一车辆的多个探测点凝聚在一起，即得到车辆的运动轨迹，最终得到车辆的距离、速度、角度和运动方向等数据。
3)本发明的监测雷达中，所述收发模块和天线模块集成在同一块多层微带板上；所述信号处理模块、收发模块和天线模块集成固定在由天线罩和金属壳体组成的盒体内，收发模块和天线模块所在的微带板靠近天线罩设置；所述天线罩和金属壳体固定连接，天线罩与金属壳体之间设有防水密封圈；所述天线罩的上方设置有挡雨罩。由于雨水天气时，当天线罩的表面附着雨水形成水膜，会出现雨衰现象，从而会降低雷达的测试威力和精度。因此，挡雨罩的设置，一定程度上防止雨水直接冲刷天线罩表面形成水膜，减少了雨衰现象对雷达工作性能的影响。
附图说明
图1是本发明的监测雷达的系统示意图。
图2是本发明的监测雷达的立体图。
图3是本发明的监测雷达的结构爆炸图。
图4是本发明的监测雷达的宽波束微带天线的示意图。
图5a是本发明的监测雷达的雷达整机的周期时序图。
图5b是本发明的监测雷达的雷达局部时序图。
图6a是本发明的监测雷达对一个车辆进行测试的轨迹图。
图6b是本发明的监测雷达对两个车辆进行测试的轨迹图。
附图标记：1-信号处理模块，2-收发模块，3-天线模块，4-天线罩，5-金属壳体，6-挡雨罩，7-固定支架，11-数字处理器，12-信号处理器，21-低噪声放大器Ⅰ，22-功分器Ⅰ，23-滤波器Ⅰ，24-取模运算器，25-压控振荡器，26-放大器，27-低噪声放大器Ⅱ，28-功分器Ⅱ，29-滤波器Ⅱ，31-接收天线Ⅰ，32-发射天线，33-接收天线Ⅱ。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2、图3所示，一种跟踪式监测雷达，包括如下部分：
信号处理模块1，产生雷达信号并传输给收发模块2；接收和处理由收发模块2传输来的回波信号，并传输至软件终端；
收发模块2，对由信号处理模块1处产生的雷达信号进行处理并传输至天线模块3；接收和处理由天线模块3接收到的回波信号，并传输至信号处理模块1；
天线模块3，发射由收发模块2处处理后的雷达信号；接收由被探物体反射的回波信号；
信号处理模块1与收发模块2之间、收发模块2与天线模块3之间均双向通信连接。
所述信号处理模块1包括数字处理器11和信号处理器12；所述数字处理器11的输出端连接软件终端，数字处理器11与信号处理器12之间、信号处理器12与收发模块2之间均双向通信连接。
所述收发模块2包括低噪声放大器Ⅰ21、功分器Ⅰ22、滤波器Ⅰ23、取模运算器24、压控振荡器25、放大器26、低噪声放大器Ⅱ27、功分器Ⅱ28、滤波器Ⅱ29；所述低噪声放大器Ⅰ21的输出端连接功分器Ⅰ22的输入端，功分器Ⅰ22的输出端连接滤波器Ⅰ23的输入端，滤波器Ⅰ23的输出端连接信号处理器12的输入端；所述取模运算器24的输入端连接信号处理器12的输出端，取模运算器24的输出端连接压控振荡器25的输入端，压控振荡器25的输出端连接放大器26的输入端；所述低噪声放大器Ⅱ27的输出端连接功分器Ⅱ28的输入端，功分器Ⅱ28的输出端连接滤波器Ⅱ29的输入端，滤波器Ⅱ29的输出端连接信号处理器12的输入端；所述低噪声放大器Ⅰ21的输入端、放大器26的输出端、低噪声放大器Ⅱ27的输入端均与天线模块3双向通信连接。
所述天线模块3包括接收天线Ⅰ31、发射天线32、接收天线Ⅱ33；所述接收天线Ⅰ31的输出端连接低噪声放大器Ⅰ21的输入端，发射天线32的输入端连接放大器26的输出端，接收天线Ⅱ33的输出端连接低噪声放大器Ⅱ27的输入端。
所述接收天线Ⅰ31、发射天线32、接收天线Ⅱ33均采用宽波束微带天线。如图4所示，图4为宽波束微带天线的示意图，由于宽波束微带天线的单元之间采用非等间距布置，导致微带传输线传输距离不同，引起每个单元发射过程中相位存在差异，根据电磁波干扰的原理，通过每个单元间的相位加权实现了雷达发射波束的展宽，因此，利用本监测雷达对车辆进行监测时，其能够覆盖多个车道，实现更宽的监测范围。
本监测雷达的工作过程如下：信号处理器12发出雷达信号，通过取模运算器24确定雷达信号的发射频率，再通过压控振荡器25稳定发射频率，最后通过放大器26将雷达信号放大并由发射天线32向空间辐射，辐射出的雷达信号接触到被探物体后产生回波信号，一路回波信号被接收天线Ⅰ31接收后，再通过低噪声放大器Ⅰ21的放大、功分器Ⅰ22的合成、滤波器Ⅰ23的过滤而形成的真实信号发送给信号处理器12，另一路回波信号被接收天线Ⅱ33接收后，再通过低噪声放大器Ⅱ27的放大、功分器Ⅱ28的合成、滤波器Ⅱ29的过滤而形成的真实信号发送给信号处理器12，信号处理器12通过接收到的两路信号对物体进行速度测定、通过两路信号的相位差对物体进行测向和测距，得到物体移动的相关数据；所述相关数据发送给数字处理器11，数字处理器11对物体的运动轨迹进行计算，最终将计算好的数据输入终端软件进行分析和显示。
所述取模运算器24设置为四个发射频率，信号处理器12产生全机的工作时序，即信号处理器12连续发出的四个发射信号，依次通过取模运算器24的作用从而产生四个发射频率的发射信号。
所述收发模块2和天线模块3集成在同一块多层微带板上；所述信号处理模块1、收发模块2和天线模块3集成固定在由天线罩4和金属壳体5组成的盒体内，收发模块2和天线模块3所在的微带板靠近天线罩4设置；所述天线罩4和金属壳体5固定连接，天线罩4与金属壳体5之间设有防水密封圈。
所述天线罩4的上方设置有挡雨罩6；所述金属壳体5在背离天线罩4的一面上设有固定支架7；所述天线罩4和挡雨罩6均采用聚对苯二甲酸丁二醇酯塑料，金属壳体5采用5A06铝合金材料，固定支架7采用304不锈钢材料。
本发明中的监测雷达工作时，首先信号处理器12发出发射信号，通过取模运算器24确定发射信号的发射频率，再通过压控振荡器25稳定发射频率，最后通过放大器26将发射信号放大并由发射天线32向空间辐射，辐射出的发射信号接触到被探物体后产生回波信号，一路回波信号被接收天线Ⅰ31接收后，再通过低噪声放大器Ⅰ21的放大、功分器Ⅰ22的合成、滤波器Ⅰ23的过滤而形成的真实信号发送给信号处理器12，另一路回波信号被接收天线Ⅱ33接收后，再通过低噪声放大器Ⅱ27的放大、功分器Ⅱ28的合成、滤波器Ⅱ29的过滤而形成的真实信号发送给信号处理器12，信号处理器12通过接收到的两路回波信号对物体进行速度测定、通过两路信号的相位差对物体进行测向和测距，得到物体移动的相关数据；相关数据发送给数字处理器11，数字处理器11对物体的运动轨迹(包含点迹和航迹)进行计算，最终将计算好的数据输入终端软件进行分析和显示。
下面结合实施例对本发明中的监测雷达进行举例说明。
实施例一：
本发明的监测雷达中，所述取模运算器24通过编程设置为四个发射频率，即f0、f1、f2、f3。四个发射频率f0、f1、f2、f3的工作时序由信号处理器12进行时序控制的，信号处理器12产生的雷达整机的工作时序为每1.7s一个周期，在这个周期里面前1.65s雷达处于正常工作中(即不断发射和接收的过程)，后50ms雷达处于频点校准的状态下，为下个周期做好准备工作。雷达整机的周期时序如图5a所示。
在雷达工作的局部时序中，雷达在前一个周期的1.65s的正常工作状态中以50ms为一个单位，来实现1000组四个不同频点的发射脉冲。雷达局部时序图如图5b所示。
本监测雷达对一辆车辆进行监测时，首先信号处理器12通过时序控制发出一组四频点发射信号，通过取模运算器24确定发射信号的发射频率为f0、f1、f2、f3，发射频率为f0、f1、f2、f3的四个发射信号均通过压控振荡器25稳定发射频率、放大器26放大发射信号、发射天线32辐射出四个发射信号。
辐射出的四个发射信号接触到被探车辆后依次产生四个回波信号，四个回波信号均有两路回波信号，四个回波信号的一路回波信号均依次被接收天线Ⅰ31接收，再通过低噪声放大器Ⅰ21的放大、功分器Ⅰ22的合成、滤波器Ⅰ23的过滤而形成的真实信号发送给信号处理器12；四个回波信号的另一路回波信号均依次被接收天线Ⅱ33接收，再通过低噪声放大器Ⅱ27的放大、功分器Ⅱ28的合成、滤波器Ⅱ29的过滤而形成的真实信号发送给信号处理器12。
信号处理器12通过接收到的四个回波信号的各两路回波信号对物体进行速度测定、通过两路信号的相位差对车辆进行测向和测距，得到车辆移动的相关数据；相关数据发送给数字处理器11，数字处理器11对车辆的运动轨迹(包含点迹和航迹)进行计算，最终将计算好的数据输入终端软件进行分析和显示。最终得到该车辆的速度、位置和运动轨迹。
如图6a所示，图6a为本监测雷达对一个车辆进行测试的轨迹图。由图6a的各个轨迹点，可以得知车辆的运动方向(箭头的指示方向)，进而判断车辆是否存在逆向行驶、违法变道等行为。同理，本监测雷达可以对两个甚至多个车辆进行监测，如图6b所示，图6b为本监测雷达对两个车辆进行测试的轨迹图。
综上所述，本发明提供了一种跟踪式监测雷达，其能够覆盖多个车道，对多个目标车辆进行测速、测距、测角，进而实现目标车辆的精确定位、得到目标车辆的运动轨迹。
Claims (4)
1.一种跟踪式监测雷达，其特征在于，包括如下部分：
信号处理模块(1)，产生雷达信号并传输给收发模块(2)；接收和处理由收发模块(2)传输来的回波信号，并传输至软件终端；
收发模块(2)，对由信号处理模块(1)处产生的雷达信号进行处理并传输至天线模块(3)；接收和处理由天线模块(3)接收到的回波信号，并传输至信号处理模块(1)；
天线模块(3)，发射由收发模块(2)处理后的雷达信号；接收由被探物体反射的回波信号；
信号处理模块(1)与收发模块(2)之间、收发模块(2)与天线模块(3)之间均双向通信连接；
所述信号处理模块(1)包括数字处理器(11)和信号处理器(12)；所述数字处理器(11)的输出端连接软件终端，数字处理器(11)与信号处理器(12)之间、信号处理器(12)与收发模块(2)之间均双向通信连接；
所述收发模块(2)包括低噪声放大器Ⅰ(21)、功分器Ⅰ(22)、滤波器Ⅰ(23)、取模运算器(24)、压控振荡器(25)、放大器(26)、低噪声放大器Ⅱ(27)、功分器Ⅱ(28)、滤波器Ⅱ(29)；所述低噪声放大器Ⅰ(21)的输出端连接功分器Ⅰ(22)的输入端，功分器Ⅰ(22)的输出端连接滤波器Ⅰ(23)的输入端，滤波器Ⅰ(23)的输出端连接信号处理器(12)的输入端；所述取模运算器(24)的输入端连接信号处理器(12)的输出端，取模运算器(24)的输出端连接压控振荡器(25)的输入端，压控振荡器(25)的输出端连接放大器(26)的输入端；所述低噪声放大器Ⅱ(27)的输出端连接功分器Ⅱ(28)的输入端，功分器Ⅱ(28)的输出端连接滤波器Ⅱ(29)的输入端，滤波器Ⅱ(29)的输出端连接信号处理器(12)的输入端；所述低噪声放大器Ⅰ(21)的输入端、放大器(26)的输出端、低噪声放大器Ⅱ(27)的输入端均与天线模块(3)双向通信连接；
所述天线模块(3)包括接收天线Ⅰ(31)、发射天线(32)、接收天线Ⅱ(33)；所述接收天线Ⅰ(31)的输出端连接低噪声放大器Ⅰ(21)的输入端，发射天线(32)的输入端连接放大器(26)的输出端，接收天线Ⅱ(33)的输出端连接低噪声放大器Ⅱ(27)的输入端；
所述接收天线Ⅰ(31)、发射天线(32)、接收天线Ⅱ(33)均采用宽波束微带天线；
本监测雷达的工作过程如下：信号处理器(12)发出雷达信号，通过取模运算器(24)确定雷达信号的发射频率，再通过压控振荡器(25)稳定发射频率，最后通过放大器(26)将雷达信号放大并由发射天线(32)向空间辐射，辐射出的雷达信号接触到被探物体后产生回波信号，一路回波信号被接收天线Ⅰ(31)接收后，再通过低噪声放大器Ⅰ(21)的放大、功分器Ⅰ(22)的合成、滤波器Ⅰ(23)的过滤而形成的真实信号发送给信号处理器(12)，另一路回波信号被接收天线Ⅱ(33)接收后，再通过低噪声放大器Ⅱ(27)的放大、功分器Ⅱ(28)的合成、滤波器Ⅱ(29)的过滤而形成的真实信号发送给信号处理器(12)，信号处理器(12)通过接收到的两路信号对物体进行速度测定、通过两路回波信号的相位差对物体进行测向和测距，得到物体移动的相关数据；所述相关数据发送给数字处理器(11)，数字处理器(11)对物体的运动轨迹进行计算，最终将计算好的数据输入终端软件进行分析和显示。
2.根据权利要求1所述的一种跟踪式监测雷达，其特征在于：所述取模运算器(24)设置为四个发射频率，信号处理器(12)产生全机的工作时序，即信号处理器(12)连续发出的四个发射信号，依次通过取模运算器(24)的作用从而产生四个发射频率的发射信号。
3.根据权利要求2所述的一种跟踪式监测雷达，其特征在于：所述收发模块(2)和天线模块(3)集成在同一块多层微带板上；所述信号处理模块(1)、收发模块(2)和天线模块(3)集成固定在由天线罩(4)和金属壳体(5)组成的盒体内，收发模块(2)和天线模块(3)所在的微带板靠近天线罩(4)设置；所述天线罩(4)和金属壳体(5)固定连接，天线罩(4)与金属壳体(5)之间设有防水密封圈。
4.根据权利要求3所述的一种跟踪式监测雷达，其特征在于：所述天线罩(4)的上方设置有挡雨罩(6)；所述金属壳体(5)在背离天线罩(4)的一面上设有固定支架(7)；所述天线罩(4)和挡雨罩(6)均采用聚对苯二甲酸丁二醇酯塑料，金属壳体(5)采用5A06铝合金材料，固定支架(7)采用304不锈钢材料。
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