CN111551937A - 应用双多普勒微波雷达传感器的车速检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用双多普勒微波雷达传感器的车速检测系统，主要解决现有测速方法成本高和安装复杂的问题。其包括两条支路和相位差检测电路，每条支路由依次连接的多普勒微波雷达传感器(1)、绝对值电路(2)、包络检波电路(3)、滤波电路(4)和积分电路(5)组成。两个多普勒微波雷达传感器在路旁以间距d前后摆放，当车辆经过时，两条支路将采集的波形信息通过各自支路的所述电路处理后，同时输入给相位差检测电路(6)检测出这两路信号的时间差t，得到车辆的速度：v＝d/t。本发明能方便的获取道路上车辆的速度信息，且成本低，安装方便，检测灵敏度高，抗干扰能力强，有利于大规模部署，可用于智慧公路的建设。

Description

应用双多普勒微波雷达传感器的车速检测系统

技术领域

本发明属于智能交通技术领域，更进一步涉及一种车速检测系统，可用于对机动车辆的车速检测，实现公路智能化。

背景技术

交通是城市发展的主要动力。汽车保有量的激增引发了日益严峻的交通堵塞、交通事故及环境污染等问题，严重制约城市社会经济发展，因此交通变革刻不容缓。公路智慧化是解决上述交通问题、支撑城市可持续发展的关键，我国已将智能网联汽车列为国家发展战略。智慧公路作为构建人、车、路、网协同综合感知体的关键部分，将与智能驾驶技术相互结合，有力支撑自动驾驶应用，推进交通智能化建设。

车辆速度检测作为智慧公路重要的组成部分，将广泛应用于道路交通数据分析等领域。其中，通过对道路车辆速度进行数据采集及分析，能够准确实时获取道路交通信息，能够向交通监管部门提供准确的交通信息。另外，机动车超速行驶也是最严重的道路交通违法行为之一，是造成道路交通事故的主要原因，给人类的生命健康和财产造成了巨大的损失。因此，监控道路上车辆行驶速度，保证机动车行驶速度处于安全范围，对于预防、减少机动车超速行驶的交通违法行为和事故具有重要意义。然而，在高速道路场景中，环境复杂多变，对检测设备的性能提出了较高要求，同时，错综复杂的高速道路及城市交通干线也对设备的安装部署带来了诸多挑战。现有的道路车辆速度检测方法大都是基于视频监控的，而监控摄像头基本只是布置在交通路口或特定的路段，不便于获取各种路段的车速数据。同时这种车速测量方式成本高、不适合大规模部署。

发明内容

本发明的目的在于针对现有测速技术的不足，提出一种应用双多普勒微波雷达传感器的车速检测系统，以减小测速成本、便于安装和大规模部署，实现对道路车辆速度信息的数据采集及分析，进一步实现对机动车辆的超速全方位管控。

为实现上述目的，本发明应用双多普勒微波雷达传感器的车速检测系统，其特征在于，包括两条支路和相位差检测电路，每条支路由依次连接的双多普勒微波雷达传感器、绝对值电路、包络检波电路、滤波电路和积分电路组成；两个多普勒微波雷达传感器前后摆放在路旁；

每一条支路的多普勒微波雷达传感器采集各路车辆目标的波形信息，并输出给绝对值电路对该路车辆目标的波形信息进行翻转，并将翻转后的波形信息输出给包络检波电路；包络检波电路提取该支路的包络信息，并通滤波电路对该路的包络信号进行滤波；积分电路对该支路滤波后的信号做积分运算；

两条支路积分运算后的信号同时输入给相位差检测电路，检测出这两路信号的时间差t，由该时间差和两支路的多普勒雷达传感器部署间距d,得到车辆的速度：v＝d/t。

作为优选，所述多普勒微波雷达传感器由一个连续波雷达和运算放大器构成；

作为优选，所述绝对值电路是一种由两级运算放大器和两个二极管连接构成的整流器件；

所述包络检波电路，由二极管和RC电路组成；

作为优选，所述滤波电路采用二阶有源低通滤波电路；

作为优选，所述积分电路采用反相积分电路；

作为优选，所述相位差检测电路采用双触发器相位差检测电路；

作为优选，所述两个多普勒微波雷达传感器前后摆放的间距d为0.1m～10m。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，本发明通过在道路旁部署多普勒微波雷达传感器，可以准确及时地检测经过车辆的速度，同时根据所检测道路的平均车速，可以为车辆提供最佳驾驶路径，从而提高道路智能化水平。

第二，安装方便，维护简单，局限性小。本发明采用多普勒微波雷达传感器，传感器的安装不需要破坏路面，且体积小巧，安装方便，后期维护简单，且本发明适用场景广阔，不局限于某些特定地点，可以适用于大规模部署。

第三，可靠性高、抗干扰能力强。本发明采用多普勒微波雷达传感器，不受温度、湿度、噪声、气流、尘埃、光线、射频等影响，性能稳定，对恶劣环境有很高的鲁棒性。

第四，稳定性高，反应迅速。本发明采用硬件电路对数据进行处理得到时间差，与采用软件算法相比，具有稳定性高，反应迅速，精度不受计算设备性能的影响等特点。

第五，成本低廉，实现简单。本发明利用多普勒微波雷达的幅度信息进行处理，与传统利用频率信息进行处理的方式相比，对多普勒微波雷达的性能要求更低，成本更低，且处理方式更简单，速度更快。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统的结构框图；

图2为本发明中的绝对值电路原理图；

图3为本发明中的包络检波电路原理图；

图4为本发明中的滤波电路原理图；

图5为本发明中的积分电路原理图；

图6为本发明中的相位差检测电路本原理图；

图7为本发明在路侧的部署多普勒微波雷达传感器的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

参照图1，本发明应用双多普勒微波雷达传感器的车速检测系统，包括两个多普勒微波雷达传感器、两个绝对值电路、两个包络检波电路、两个滤波电路、两个积分电路和一个相位差检测电路。两个多普勒微波雷达传感器按照0.1m～10m的间距前后布设在路旁。这些双单元器件和电路连接成两条支路，并与相位差检测电路组成硬件车速检测系统。每一条支路由依次连接的多普勒微波雷达传感器1、绝对值电路2、包络检波电路3、滤波电路4和积分电路5组成；两条支路的输出端与相位差检测电路6连接。每一支路的工作原理是：多普勒微波雷达传感器1采集本路车辆目标的波形信息，并输出给绝对值电路2对该路车辆目标的波形信息进行翻转，并将翻转后的波形信息输出给包络检波电路3；包络检波电路3提取该支路的包络信息，并通过滤波电路4对该路的包络信号进行滤波后传输给积分电路5；积分电路5对滤波后的信号做积分运算。

两条支路积分运算后的信号同时输入给相位差检测电路6，检测出这两路信号的时间差t，由该时间差和两支路的多普勒雷达传感器部署间距d,得到车辆的速度：v＝d/t。

所述多普勒微波雷达传感器1，由一个连续波雷达和运算放大器构成，当雷达所检测的区域有运动目标时，传感器输出信号的振幅和频率会发生相应的变化。本实例中主要是利用其中的幅度信息进行车辆速度的检测。

参照图2，所述绝对值电路2，也被称为精密整流电路，是一种由运算放大器和二极管构成的整流器件。其由两级运算放大器构成，第一级运算放大器在输出端和同相输入端并联第一个二极管D1，在输入端串联第一电阻R1，并在输出端串联第二个二极管D2，在二极管输出端和第一级运算放大器的输入端并联第二电阻R2，实现波形下半部分的半波整流；第二级运算放大器在同相输入端串联第三电阻R3、第四电阻R4，并在同相输入端和输出端并联第五电阻R5组成一个加法器，实现下半部分整流后的波形与原始波形的加和。该电路与传统的桥式整流器件相比，具有交越失真小、精度高等优点。本实例利用绝对值电路实现多普勒微波雷达传感器输出波形数据的整流，便于下一步波形包络信息的提取。

参照图3，所述包络检波电路3，由二极管和RC电路组成。即第一电容C1和第六电阻R6并联形成RC电路后与第三个二极管D3串联。其中RC电路作用主要有两个：一是滤除电路中的高频分量，二是作为包络检波电路的负载。由于第三个二极管D3的加入，导致电路中电容的充放电时间常数不同。电容充电快，放电慢，实现了信号包络信息的提取。

参照图4，所述滤波电路电路4，其主要作用是滤除包络信号的杂波信号，对包络信号进行平滑。这里的滤波电路可以用有源滤波器或者无源滤波器，可以用一阶滤波器也可以用二阶或者更高阶的滤波器。本实例采用但不限于二阶有源低通滤波器，其由运算放大器和外围RC电路组成，即第七电阻R7与第三电容C3串联为第一阶、第个电阻R8与第二电容C2串联为第二阶，它们与运算放大器共同构成一个二阶有源低通滤波器。并联在运算放大器的反相输入端和输出端的第个电阻R9与串联在反相输入端的第十电阻R10共同作为反馈回路，起到调节增益与阻抗匹配的作用。

参照图5，所述积分电路5，由反向跟随器、积分器构成。其可以对包络信号进行积分运算，并具有放电电路，以实现积分自动清零的功能。采用积分电路的主要目的是利用车辆经过时的整个包络信息，和一般的取阈值的方法相比，这样处理具有适应性强、误差小的特点。积分电路可采用同相积分电路、反相积分电路、比例积分电路，本实例采用但不限于反向积分电路。该积分电路前半部分是一个运算放大器直接连接输出端和同相端的反相跟随器，后半部分是一个由第四电容C4和第十二电阻R12并联在运算放大器反相输入端和输出端的反相积分器，第十二电阻R12的主要作用是实现积分自动清零以及防止积分饱和，串联在两部分之间的第十一电阻R11和串联在第二个运算放大器同相输入端的第十三电阻R13主要起到阻抗匹配的作用。

参照图6，所述相位差检测电路6，是一个可以实现两路积分信号相位差检测的电路。现有技术中可实现两个相同或者相似信号相位差检测的电路有很多种，包括鉴相器电路、双触发器电路、异或门电路。本实例采用但不限于双触发器电路，当车辆目标依次经过两传感器时，双触发器电路会输出一个表征车辆经过两传感器时间差t的方波信号。该电路由两个触发器构成，两个积分信号分别输入两个触发器的时钟端CLK1，CLK2，第二个触发器的反向输出端～Q2与清零端CLR2同时接入第一个触发器的清零端CLR1，第一个触发器的同相输出端Q1作为最终的时间差输出端。

参照图7，本实施例的部署方式为在道路的一侧布置双多普勒微波雷达传感器，这两个传感器一前一后布置，且部署间距d为0.5m。道路上的车辆会依次经过两个传感器。每有一辆车经过，系统就会输出一个车辆经过两传感器的时间差t，由此得出车辆的速度：v＝d/t。

本实例系统通过部署双多普勒微波雷达传感器，以实时、精确的采集道路车速信息，实时监测路面上是否发生超速等异常行为。此外，通过大规模低成本的部署，可以进一步提升超速检测的范围，降低交通事故发生率，保证道路安全，

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，不构成对本发明的任何限制，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，均可轻易想到各种等效的修改或替换，但这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种应用双多普勒微波雷达传感器的车速检测系统，其特征在于，包括两条支路和相位差检测电路(6)，每条支路由依次连接的多普勒微波雷达传感器(1)、绝对值电路(2)、包络检波电路(3)、滤波电路(4)和积分电路(5)组成；两个多普勒雷达传感器前后部署在路旁；

每一条支路的多普勒微波雷达传感器(1)采集本路车辆目标的波形信息，并输出给绝对值电路(2)对该路车辆目标的波形信息进行翻转，并将翻转后的波形信息输出给包络检波电路；包络检波电路(3)提取该支路的包络信息，并通滤波电路(4)对该路的包络信号进行滤波；积分电路(5)对该支路滤波后的信号做积分运算；

两条支路积分运算后的信号同时输入给相位差检测电路(6)，检测出这两路信号的时间差t，由该时间差和两支路的多普勒雷达传感器部署间距d,得到车辆的速度：v＝d/t。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多普勒微波雷达传感器(1)由一个连续波雷达和运算放大器构成，当雷达所检测的区域有运动目标时，传感器输出信号的振幅和频率会发生相应的变化。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述绝对值电路(2)，是一种由两级运算放大器分别连接二极管构成的整流器件，即第一级运算放大器在输出端和同相输入端并联第一个二极管D1，在输入端串联第一电阻R1，并在输出端串联第二个二极管D2，在二极管输出端和第一级运算放大器的输入端并联第二电阻R2，实现波形下半部分的半波整流；第二级运算放大器在同相输入端串联第三电阻R3、第四电阻R4，并在同相输入端和输出端并联第五电阻R5组成一个加法器，实现下半部分整流后的波形与原始波形的加和。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述包络检波电路(3)，由二极管和RC电路组成，即第一电容C1与第六电阻R6并联形成RC电路后,再与第三个二极管D3串联。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述滤波电路(4)选用源滤波电路、无源滤波电路、一阶滤波电路和多阶滤波电路的任意一种。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述积分电路(5)选用同相积分电路、反相积分电路和比例积分电路的任意一种。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述相位差检测电路(6)选用双触发器相位差检测电路、异或门相位差检测电路及鉴相器电路中的任意一种。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的双多普勒微波雷达传感器(1)前后摆放在路旁的间距d为0.1m～10m，车辆行驶时依次经过两个多普勒微波雷达传感器。

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