CN110942643B - 一种城市街道测速系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种城市街道测速系统，其特征在于，包括基座、信号发射机、信号接收机和信号处理模块：所述基座高度10米，配有移动电源；所述信号发射机配备单频连续波数字信号产生器、数模转换器、功率放大器以及发射天线；所述信号接收机配备两个通道，分别为主通道和次通道；主通道配备主天线，次通道配备次天线；主通道和次通道配置相同，都配备低噪声放大器，射频滤波器，升采样器、模数转换器。所述信号处理模块包括数据采集通信模块、下变频模块、权重添加模块、目标获取模块、频率补偿模块以及速度测量模块。本发明采用单频连续波设备，价格便宜；采用微波测速，支持全天时全天候；设备可携带，部署灵活；数据处理量小，延时低。

Description

一种城市街道测速系统
技术领域
本发明涉及一种城市街道测速系统，具体涉及一种利用宽带信号对城市街道上的行人和车辆进行测速的系统，属于车辆测速技术领域。
背景技术
近年来，城市机动车数量迅猛增长，在带来诸多便利的同时，也存在一些问题。车辆违章行为层出不穷，交通事故频频发生，给城市交通管理造成一定难度。因而，充分利用高科技手段，开发和研制出可以纠正遏制交通违法行为，有效实现交通管理，提高交通运输效率的产品显得十分必要。
现有的有关车辆测速相关的技术方案如《CN105807082A一种测速装置》，《CN105957355一种车辆测速方法》，《CN108320531一种测速设备及测速系统》皆有不少技术限制，主要包括：
(1)采用高端设备，价格昂贵。
(2)采用光学图像处理，不能全天时全天候的工作。
(3)设备部署不灵活。
因此，如何实现低成本、全天时全天候。设备部署灵活是亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种城市街道测速系统来对城市街道上的行人和车辆进行速度测量。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种城市街道测速系统，其特征在于，包括基座、信号发射机、信号接收机和信号处理模块：
所述基座高度10米，配有移动电源装置；
所述信号发射机配备单频连续波数字信号产生器、数模转换器、功率放大器以及发射天线；
所述信号接收机配备两个通道，分别为主通道和次通道；主通道配备主天线，次通道配备次天线。主通道和次通道配置相同，都配备低噪声放大器，射频滤波器，升采样器、模数转换器；
发射信号由单频连续波数字信号产生器产生，依次经过数模转换器，功率放大器，最后由发射天线发射出去；回波信号分别经主天线和次天线接收，依次经过主通道和次通道的低噪声放大器、射频滤波器、升采样器以及模数转换器，形成数字信号。其中：
所述单频连续波数字信号产生器用于产生毫米波数字信号；
所述数模转换器用于将所述毫米波数字信号产生器产生的信号转换到模拟信号；
所述功率放大器用于将所述模拟信号进行放大；
所述低噪声放大器用于将主天线和次天线接收的回波信号进行放大，提高信噪比；
所述射频滤波器用于滤除低噪声放大器输出信号的带外噪声；
所述升采样器用于将所述射频滤波器产生的信号进行升采样；
所述模数转换器用于将所述射频滤波器产生的模拟信号转换到数字信号。
所述信号处理模块包括数据采集通信模块、下变频模块、权重添加模块、目标获取模块、频率补偿模块以及速度测量模块，其中：
所述数据采集通信模块，用于将所述模数转换器输出的数字信号输送到下变频模块；
所述下变频模块，用于将所述数据采集通信模块输出的主通道的信号和次通道的信号分别从射频信号转换到主基带信号和次基带信号；
所述权重添加模块，用于对所述主基带信号和所述次基带信号分别添加符合拓普利兹概率的权重，输出主权重添加信号和次权重添加信号；
所述目标获取模块，用于对所述主权重添加信号和次权重添加信号进行目标获取处理，输出主目标图像和次目标图像。
所述频率补偿模块，用于将主目标图像和次目标图像进行频率补偿处理，输出主补偿目标图像和次补偿目标图像；
所述速度测量模块，用于对主补偿目标图像和次补偿目标图像进行速度测量，进而获得目标速度。
进一步的，上述技术方案中的发射天线，主天线和次天线为方向性天线；发射天线的波束宽度为20度*20度，增益为20dBi；主天线、次天线的波束宽度为30度*30度，增益为16dBi。
进一步的，上述技术方案中的单频连续波数字信号产生器输出中心频率为1.2GHz的正弦波信号。
进一步的，上述技术方案中的功率放大器采用50dBi增益。
进一步的，上述技术方案中的低噪声放大器采用30dBi增益。
进一步的，上述技术方案中的升采样器的采样率为1/20。
进一步的，上述技术方案中的射频滤波器带宽为20MHz。
进一步的，上述技术方案中的信号发射机、信号接收机的组件间使用同轴电缆相连接；信号发射机、信号接收机与信号处理模块使用RS232串口连接。
进一步的，上述方案中的权重添加模块将所述主基带信号和次基带信号分别添加符合拓普利兹概率的权重，输出主权重添加信号和次权重添加信号，具体为：将所述主基带信号按照一个单频连续波周期的长度为单元进行串并转换，形成主基带信号矩阵，所述主基带信号矩阵的列数为一个单频连续波周期，行数为10；产生一个拓普利兹矩阵，所述拓普利兹矩阵的行数和列数与所述主基带信号矩阵相同，所述拓普利兹矩阵的每一行的数值符合拓普利兹概率；将所述主基带信号矩阵和所述拓普利兹矩阵对应元素相乘，获得主权重添加矩阵；将所述主权重添加矩阵按照从左到右，从上到下的方向进行并串转化，获得主权重添加信号。次权重添加信号的获取方法和所述主权重添加信号的获取方法相同。
进一步的，所述目标获取模块将主权重添加信号次权重添加信号进行目标获取处理，获得目标的主目标图像和次目标图像。具体为：依次对所述主权重添加信号的第1到第n列的列向量进行最小二乘处理，获得第1到第n奇异值列向量，将第1到第n奇异值列向量组合成主目标图像。次目标图像的获取方法和主目标图像的获取方法相同。
进一步的，所述频率补偿模块将所述主目标图像和次目标图像进行频率补偿处理，获得主补偿目标图像和次补偿目标图像；具体为：依次对所述主目标图像的第1到第n列的向量做分数阶傅里叶变换，获得第1到第n主目标频率列；依次计算第1到第n主目标频率列的最大频率和最大频率所在位置，记为(f1,p1)，(f2,p2),…(fn,pn)；依次将主目标图像的第1到第n列的向量中的元素由下往上平移p1,p2,…pn个位置，依次形成第1,2,…第n补偿列向量；将所述第1到第n补偿列向量进行组合，获得主补偿目标图像；次补偿目标图像的获取方法和主补偿目标图像的获取方法相同。
进一步的，所述速度测量模块：将主补偿目标图像和次补偿目标图像通过速度测量模块，获得速度。具体为：将所述主补偿目标图像和次补偿目标图像的对应元素进行共轭乘法运算，获得差分图像；找到所述差分图像元素的最大值，并计算该最大值的相位值，记为θ；按照如下公式，可获得目标的速度：
Figure BDA0002253446170000041
其中λ为发射信号的波长。
本发明的有益效果是：本发明的城市街道测速系统能够解决当前主流系统存在的技术限制，具体体现在：
1)采用单频连续波设备，价格便宜。
2)采用微波测速，支持全天时全天候。
3)设备可携带，部署灵活。
4)本发明的测速系统采用数据处理量小，延时低。
附图说明
图1是本发明提供的城市街道测速系统示意图。
图2是本发明提供的城市街道测速系统硬件信号发射机结构示意图。
图3是本发明提供的城市街道测速系统硬件信号接收机结构示意图。
图4是本发明提供的城市街道测速系统信号处理模块结构示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
图1为本发明实施例提供的城市街道测速系统，包括基座、信号发射机、信号接收机和信号处理模块。
所述基座高度10米，配有移动电源装置。
所述信号发射机配备单频连续波数字信号产生器、数模转换器、功率放大器以及发射天线。发射信号由单频连续波数字信号产生器产生，依次经过数模转换器，功率放大器，最后由发射天线发射出去。所述单频连续波数字信号产生器用于产生毫米波数字信号；所述数模转换器用于将所述毫米波数字信号产生器产生的信号转换到模拟信号；所述功率放大器用于将所述模拟信号进行放大。作为优选，所述单频连续波数字信号产生器输出中心频率为1.2GHz的正弦波信号，功率放大器采用50dBi增益。
所述信号接收机配备两个通道，分别为主通道和次通道；主通道配备主天线，次通道配备次天线。作为优选，发射天线，主天线和次天线为方向性天线；发射天线的波束宽度为20度*20度，增益为20dBi；主天线、次天线的波束宽度为30度*30度，增益为16dBi。
主通道和次通道配置相同，都配备低噪声放大器，射频滤波器，升采样器、模数转换器。回波信号分别经主天线和次天线接收，依次经过主通道和次通道的低噪声放大器、射频滤波器、升采样器以及模数转换器，形成数字信号。其中：
所述低噪声放大器用于将主天线和次天线接收的回波信号进行放大，提高信噪比；所述射频滤波器用于滤除低噪声放大器输出信号的带外噪声；所述升采样器用于将所述射频滤波器产生的信号进行升采样；所述模数转换器用于将所述射频滤波器产生的模拟信号转换到数字信号。作为优选，低噪声放大器采用30dBi增益；升采样器的采样率为1/20；射频滤波器带宽为20MHz。
作为优选，信号发射机、信号接收机的组件间使用同轴电缆相连接；信号发射机、信号接收机与信号处理模块使用RS232串口连接。
所述信号处理模块包括数据采集通信模块、下变频模块、权重添加模块、目标获取模块、频率补偿模块以及速度测量模块，其中：
所述数据采集通信模块，用于将所述模数转换器输出的数字信号输送到下变频模块；
所述下变频模块，用于将所述数据采集通信模块输出的主通道的信号和次通道的信号分别从射频信号转换到主基带信号和次基带信号；
所述权重添加模块，用于对所述主基带信号和所述次基带信号分别添加符合拓普利兹概率的权重，输出主权重添加信号和次权重添加信号；
所述目标获取模块，用于对所述主权重添加信号和次权重添加信号进行目标获取处理，输出主目标图像和次目标图像。
所述频率补偿模块，用于将主目标图像和次目标图像进行频率补偿处理，输出主补偿目标图像和次补偿目标图像；
所述速度测量模块，用于对主补偿目标图像和次补偿目标图像进行速度测量，进而获得目标速度。
作为优选，所述权重添加模块将所述主基带信号和次基带信号分别添加符合拓普利兹概率的权重，输出主权重添加信号和次权重添加信号，具体为：将所述主基带信号按照一个单频连续波周期的长度为单元进行串并转换，形成主基带信号矩阵，所述主基带信号矩阵的列数为一个单频连续波周期，行数为10；产生一个拓普利兹矩阵，所述拓普利兹矩阵的行数和列数与所述主基带信号矩阵相同，所述拓普利兹矩阵的每一行的数值符合拓普利兹概率；将所述主基带信号矩阵和所述拓普利兹矩阵对应元素相乘，获得主权重添加矩阵；将所述主权重添加矩阵按照从左到右，从上到下的方向进行并串转化，获得主权重添加信号。次权重添加信号的获取方法和所述主权重添加信号的获取方法相同。
作为优选，所述目标获取模块将主权重添加信号次权重添加信号进行目标获取处理，获得目标的主目标图像和次目标图像。具体为：依次对所述主权重添加信号的第1到第n列的列向量进行最小二乘处理，获得第1到第n奇异值列向量，将第1到第n奇异值列向量组合成主目标图像。次目标图像的获取方法和主目标图像的获取方法相同。
作为优选，所述频率补偿模块将所述主目标图像和次目标图像进行频率补偿处理，获得主补偿目标图像和次补偿目标图像；具体为：依次对所述主目标图像的第1到第n列的向量做分数阶傅里叶变换，获得第1到第n主目标频率列；依次计算第1到第n主目标频率列的最大频率和最大频率所在位置，记为(f1,p1)，(f2,p2),…(fn,pn)；依次将主目标图像的第1到第n列的向量中的元素由下往上平移p1,p2,…pn个位置，依次形成第1,2,…第n补偿列向量；将所述第1到第n补偿列向量进行组合，获得主补偿目标图像；次补偿目标图像的获取方法和主补偿目标图像的获取方法相同。
作为优选，所述速度测量模块：将主补偿目标图像和次补偿目标图像通过速度测量模块，获得速度。具体为：将所述主补偿目标图像和次补偿目标图像的对应元素进行共轭乘法运算，获得差分图像；找到所述差分图像元素的最大值，并计算该最大值的相位值，记为θ；按照如下公式，可获得目标的速度：
Figure BDA0002253446170000071
其中λ为发射信号的波长。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种城市街道测速系统，其特征在于，包括基座、信号发射机、信号接收机和信号处理模块：
所述基座高度10米，配有移动电源装置；
所述信号发射机配备单频连续波数字信号产生器、数模转换器、功率放大器以及发射天线；
所述信号接收机配备两个通道，分别为主通道和次通道；主通道配备主天线，次通道配备次天线；主通道和次通道配置相同，都配备低噪声放大器，射频滤波器，升采样器、模数转换器；
发射信号由单频连续波数字信号产生器产生，依次经过数模转换器，功率放大器，最后由发射天线发射出去；回波信号分别经主天线和次天线接收，依次经过主通道和次通道的低噪声放大器、射频滤波器、升采样器以及模数转换器，形成数字信号，其中：
所述单频连续波数字信号产生器用于产生毫米波数字信号；
所述数模转换器用于将所述毫米波数字信号产生器产生的信号转换到模拟信号；
所述功率放大器用于将所述模拟信号进行放大；
所述低噪声放大器用于将主天线和次天线接收的回波信号进行放大，提高信噪比；
所述射频滤波器用于滤除低噪声放大器输出信号的带外噪声；
所述升采样器用于将所述射频滤波器产生的信号进行升采样；
所述模数转换器用于将所述射频滤波器产生的模拟信号转换到数字信号；
所述信号处理模块包括数据采集通信模块、下变频模块、权重添加模块、目标获取模块、频率补偿模块以及速度测量模块，其中：
所述数据采集通信模块，用于将所述模数转换器输出的数字信号输送到下变频模块；
所述下变频模块，用于将所述数据采集通信模块输出的主通道的信号和次通道的信号分别从射频信号转换到主基带信号和次基带信号；
所述权重添加模块，用于对所述主基带信号和所述次基带信号分别添加符合拓普利兹概率的权重，输出主权重添加信号和次权重添加信号；具体为：将所述主基带信号按照一个单频连续波周期的长度为单元进行串并转换，形成主基带信号矩阵，所述主基带信号矩阵的列数为一个单频连续波周期，行数为10；产生一个拓普利兹矩阵，所述拓普利兹矩阵的行数和列数与所述主基带信号矩阵相同，所述拓普利兹矩阵的每一行的数值符合拓普利兹概率；将所述主基带信号矩阵和所述拓普利兹矩阵对应元素相乘，获得主权重添加矩阵；将所述主权重添加矩阵按照从左到右，从上到下的方向进行并串转化，获得主权重添加信号；次权重添加信号的获取方法和所述主权重添加信号的获取方法相同；
所述目标获取模块，用于对所述主权重添加信号和次权重添加信号进行目标获取处理，输出主目标图像和次目标图像；
所述频率补偿模块，用于将主目标图像和次目标图像进行频率补偿处理，输出主补偿目标图像和次补偿目标图像；
所述速度测量模块，用于对主补偿目标图像和次补偿目标图像进行速度测量，进而获得目标速度。
2.根据权利要求1所述的城市街道测速系统，其特征在于：所述发射天线，主天线和次天线为方向性天线；发射天线的波束宽度为20度*20度，增益为20dBi；主天线、次天线的波束宽度为30度*30度，增益为16dBi。
3.根据权利要求1所述的城市街道测速系统，其特征在于：所述单频连续波数字信号产生器输出中心频率为1.2GHz的正弦波信号。
4.根据权利要求1所述的城市街道测速系统，其特征在于：所述功率放大器采用50dBi增益。
5.根据权利要求1所述的城市街道测速系统，其特征在于：所述低噪声放大器采用30dBi增益；所述升采样器的采样率为1/20；所述射频滤波器带宽为20MHz。
6.根据权利要求1所述的城市街道测速系统，其特征在于：所述信号发射机、信号接收机的组件间使用同轴电缆相连接；信号发射机、信号接收机与信号处理模块使用RS232串口连接。
7.根据权利要求1所述的城市街道测速系统，其特征在于：所述目标获取模块将主权重添加信号次权重添加信号进行目标获取处理，获得目标的主目标图像和次目标图像，具体为：依次对所述主权重添加信号的第1到第n列的列向量进行最小二乘处理，获得第1到第n奇异值列向量，将第1到第n奇异值列向量组合成主目标图像；次目标图像的获取方法和主目标图像的获取方法相同。
8.根据权利要求1所述的城市街道测速系统，其特征在于：所述频率补偿模块将所述主目标图像和次目标图像进行频率补偿处理，获得主补偿目标图像和次补偿目标图像；具体为：依次对所述主目标图像的第1到第n列的向量做分数阶傅里叶变换，获得第1到第n主目标频率列；依次计算第1到第n主目标频率列的最大频率和最大频率所在位置，记为(f1,p1)，(f2,p2),…(fn,pn)；依次将主目标图像的第1到第n列的向量中的元素由下往上平移p1,p2,…pn个位置，依次形成第1,2,…第n补偿列向量；将所述第1到第n补偿列向量进行组合，获得主补偿目标图像；次补偿目标图像的获取方法和主补偿目标图像的获取方法相同。
9.根据权利要求1所述的城市街道测速系统，其特征在于：所述速度测量模块：将主补偿目标图像和次补偿目标图像通过速度测量模块，获得速度，具体为：将所述主补偿目标图像和次补偿目标图像的对应元素进行共轭乘法运算，获得差分图像；找到所述差分图像元素的最大值，并计算该最大值的相位值，记为θ；按照如下公式，可获得目标的速度：
Figure FDA0003174533810000031
其中λ为发射信号的波长。
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