CN1694131A - 公路机动车超速无线电警示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及移动状态下接收和跟踪较远距离的微波测速雷达载频信号为引导的公路机动车超速无线电警示装置，采用二次混频超外差方式，设有微带结构的天线、前置高放、双平衡混频器、介质稳频压控振荡器VCO及其频率自动调谐扫描锁定跟踪电路，第一、第二中频放大器与其输入信号大范围变化增益保持基本不变的AGC控制电路、主信道检波器及视放、声光报警电路等组成，在没有雷达信号时作自动扫描调谐，当有雷达信号时锁定跟踪以声光警示司机适时调整车速，避免车速快反应不及时或判断与操作失误引发的交通事故。

Description

公路机动车超速无线电警示装置

                    技术领域

本发明涉及移动状态下接收和跟踪微波测速雷达载频信号技术领域，具体是一种公路机动车行驶超速无线电警示装置。

                    背景技术

现代社会各种轿车、客车、卡车及摩托车等机动车辆大量投用，尤其是个人消费购买力迅猛上升，相对而言公交路面通行拥挤，其通行能力仍处于较低水平，公路建设及配套设施与机动车投用量高速递增存在差距，不少公交道路行驶的机动车与非机动车及行人混行，汽车及摩托车型号混杂，路面常处于超负荷运行状态。加上交通法规知识不足，导致交通事故频繁发生，造成人员伤亡、财产损失十分惊人，已成为世界各国的严重社会问题。分析车祸原因虽为各种各样，其中最多最直接的原因就是机动车超速行驶，往往是车速快司机反应不及时或判断错误和错误操作，未能采取相应的规避措施所致，在超载超速惯性力大的情况下，损害更为严重。国内外大量的交通事故案例证实，若司机能提早一秒钟甚至半秒钟意识到车祸的危险，采取相应措施，绝大多数的交通事故可以避免，生命和财产就可得到安全的保护。交通管理部门采取多种措施限制车速以减少事故，如在十字路口设置红绿灯、公路交叉口及易发事故路段设置限速警示牌等，但由于车速过快，路况不够熟悉的司机或注意力不集中的司机感觉不深刻，警示牌作用不大。近年来，交通管理中应用高科技微波或毫米波频率的连续波多卜勒(CW-doppler)测速雷达监视系统实时测量过往车速，对超速车辆及时警告，配置数码相机可查找违章车辆的车型、车号，提供可靠数据，对违章处罚与收缴养路费均收到积极效果。但也存在一些问题和隐患，如对过往超速车辆突发检测，驾驶员怕罚款心理恐慌易使操作失误，当前方车辆急剧减速，造成后面车辆间距失控极易发生追尾碰撞，甚至发生道路堵塞。可见这种检测手段不完全利于交通安全，当然在规定限速路段对超速车辆不加约束则后果不堪设想。较现实合理的方法是，一方面提高交通管理水平，增设指挥调度和安全监视设备，包括车辆测速雷达等；另一方面大力研发机动车超速警示和安全控制装置，使司机能适时调整车速，减轻精神负担，减少判断错误和失误的操作，以提高公路安全通行能力。

                    发明内容

本发明的目的是提供一种以较远距离微波测速雷达载频信号为引导的公路机动车用无线电警示装置。

本发明技术解决方案是设计一种由天线1、前置高放2、第一混频器3、第一本振及其频率自动调谐扫描锁定跟踪电路4、第一中放5、第二混频器6、第二本振7、第二中放8、控制两组中放的AGC电路12、13、主信道检波器9、视放10、声光报警电路11组成的接收和跟踪微波测速雷达载频信号为引导的超速警示的装置，其各部件的连接方式为：天线1馈入前置高放2，第一混频器3的一个输入端与高放2输出耦合，另一个输入端则与第一本振4输出信号耦合，第一混频器3的输出接入第一中放5的输入端，这中放5的输出信号一部分与第二混频器6的一个输入端相接，另一部分信号接AGC控制电路12的输入端，AGC控制电路12输出接回该中放5的输入端，第二混频器6的另一个输入端接于第二本振7的输出信号，其输出端接入第二中放8，这中放8的输出一部分信号接AGC控制电路13的输入端，AGC控制电路13的输出接回本中放8的输入端，中放8另一部分的信号接主信道检波器9解调后接入视放10，其视放10的输出一部分信号接第一本振的频率自动调谐扫描锁定跟踪电路4，另一部分信号驱动声光报警电路11；

而天线则可以是采用双层微带结构，它是在下层一面导体接地的介质基片上的另一面贴加导体薄片为馈电元，上层介质基片贴导体簿片为寄生元，天线的传输线与前置高放输入耦合；

前置高放可以是采用微波场效应晶体管按共源放大模式，其输入、输出谐振网络为微带线结构，在源极电路中串入一个射频RF旁路的电阻，输出网络与第一混频器的一个输入端耦合；

第一混频器可以是采用微波肖特基二极管组成微带巴伦双平衡混频器，所用巴伦是渐变平行宽边耦合线，双面微带线结构，射频RF巴伦的输入耦合线在基片下面，其余电路在基片上面，与第一本振信号LO定向耦合是宽带耦合器，该混频器中频信号IF经第一中放输入定向耦合器用较高频率的集总参数带通滤波网络提取；

第一本振可以是一个介质稳频压控振荡器VCO，其结构采用微波场效应晶体管微带线并联型反馈振荡模式，振荡反馈电路在栅漏之间，介质谐振器与栅漏微带线耦合，变容管通过阻抗变换器再与介质谐振器耦合，振荡功率由源极输出至第一混频器的一个输入端；

第一本振的频率自动调谐扫描锁定跟踪电路，可以是由一个锯齿波发生器、模拟电子开关、RC滤波网络组成，锯齿波发生器的输出信号是通过模拟电子开关常闭触点接入第一本振的变容管频率调谐电压输入端，视放输出信号串接RC滤波网络后接到模拟电子开关的控制端，并且与变容管频率调谐电压输入端相接；

第一中放、第二中放的自动增益控制AGC电路分别可以设有AGC检波器、低通滤波器、运放直流放大器及延迟电路，来自中放输出接检波二极管的一端，另一端接低通滤波器及其阻容负载，然后串接隔离二极管再接运放的一个输入端，该端接有分压可调的电阻网络，并与运放电源+端相接，运放的另一个输入端串一个电阻接地，运放的反相输入端与其输出端并接RC元件，输出接中放AGC的控制端；

声光报警电路可以是由电压比较器、单稳态延时器、模拟音响发生芯片、小功率音频放大器、音频压控彩灯控制芯片及微型扬声器、发光二极管阵组成，其中，电压比较器输入接视放输出信号，输出接单稳态延时器的输入，音响发生芯片的输入接单稳态延时器的输出，该音响发生芯片的输出接音响放大器驱动扬声器和音频压控彩灯控制芯片，音频压控彩灯控制芯片输出接发光二极管阵。

本技术方案是接收测速雷达载频信号为引导的无线电警示装置，使用了体积轻巧，安装和使用方便的微带结构的天线1振子、正比于输入信号强度的对数增益控制低噪声前置高放2、双平衡混频器的第一混频器3及介质稳频自动调谐扫描锁定跟踪的VCO为第一本振4，两组中放5、8设置输入信号大动态特性的AGC控制电路12、13，主信道检波器9和视放10、声光报警电路11，线路结构合理，体积小巧，信号接收灵敏、可靠，车辆行驶接近测速雷达监控距离，即能平稳可靠地发出声光警示信号，提请司机适时调整车速，避免和减少因超速引发交通事故。

                    附图说明

图1是本发明原理方框图。

图2是本发明第一本振频率自动调谐扫描锁定跟踪电路示意图。

图3是本发明声光报警电路结构示意图。

参照图1公路机动车超速无线电警示装置，该装置天线1馈入前置高放2，这高放2的输出接于第一混频器3的一个输入端，与其耦合，第一混频器3另一个输入端是与第一本振4输出信号耦合的，其输出是接入第一中放5，中放5的输出信号的一部分接本级AGC控制电路12的输入端，AGC控制电路12输出信号接回中放5的输入输端，中放5输出信号的另一部分接于第二混频器6的一个输入端，而混频器6的另一个输入端与第二本振7的输出端相接，该混频器6输出端接入第二中放8，中放8的输出信号一部分接本级AGC控制电路13，AGC控制电路13输出接回中放8的输入端，中放8输出信号另一部分则接主信道检波器9，解调后接视放10，由视放10的输出信号一部分连接第一本振的频率自动调谐扫描锁定跟踪电路4，视放10输出信号的另一部分接入声光报警电路11，由此构成二次混频的超外差式高性能无线电声光双重警示装置，提醒司机在易发事故地段防止超速行驶。采用二次混频的超外差方式不仅警示灵敏度可以做得很高，能较远距离检测微弱的雷达信号，以获取较长的时间调整车速，并可改善公路不平坦，丘坡、树木及建筑物的阻档引起的信号衰减，使其提高警示作用。二次混频还可以较好地解决混频外差产生的镜频干扰问题，消除镜频进入中放通道可能引起的警示差错。以微波测速雷达载频号信引导的车辆超速无线电警示最大特点是警示准确性很高，而雨、雾、沙尘等的影响很小。

本发明微带天线1采用双层结构，设有馈电元和寄生元两块导电片双回路谐振，其中馈电元为天线有源振子，寄生元为天线引向器，当二元的频率适当近时，频带大大展宽为双峰谐振曲线，可以接收较宽频带的测速雷达信号。该天线波束方向使其车辆只能在行驶的前进方向上接收设在公路两侧的测速雷达信号，可抑制来自后面方向的信号，适合超速警示的技术要求。第一混频器设计为双平衡混频器可在宽带频域获得高性能的混频功能，有力地抑制中频的谐波，在端口隔离和驻波比有显著的改善。第一中放设计为高中频有利于抑制镜频干扰和组合干扰及互调干扰。

由于行驶移动的车辆距离测速雷达远近信号强弱差别很大，可以从零点几微伏到几百毫伏，差值＞100分贝(dB)，各级放大器接收弱信号时所需增益，在强信号时将产生饱和或阻塞，信号过载影响警示功能，甚至会损坏机件，而信号太弱又可能丢失警示作用。为此，本发明采取一是在前置高放的场效应管源极串入射频RF旁路的电阻建立偏置，利用其输入非线性直流电压负反馈到栅极改变工作点，以对数规律控制其增益保持一定的范围内不变；二是在两组中频放大器设计输入信号大范围变化，其输出信号基本不变或少变的自动增益控制AGC的方式，它是从本组中放输出提取信号通过专用检波器、低通滤波器、运放构成较深的电压负反馈直流放大器放大，并与参考电压比较延迟起控，使整机输出信号振幅保持基本不变或仅在较小范围内变化，适应距离变化大的雷达信号平稳可靠地警示。前置高放具有优良的低噪声特性以提高灵敏度，并较好地抑制第一本振信号泄漏辐射对邻车的假警示。

图2为第一本振频率自动调谐扫描锁定跟踪电路4示意图，它是在介质稳频压控振荡器VCO41，变容管调谐电压输入锯齿波发生器43扫描信号，在没有雷达信号时，锯齿波电压扫描使本机振荡频率周期性自动调谐；当有雷达信号时，信号经第一混频器3进入第一中放5，又经第二混频器6进入第二中放8，再经主信道检波器9解调，在视放10输出信号通过RC低通滤波42便输出一个锁定信号，这个信号一方面控制模拟电子开关44的常闭触点使其释放断开，停止频率自动扫描，跟踪雷达信号，另一方面视放10输出信号是触发驱动声光报警电路11。采用介质稳频的VCO可获得较高的稳频特性，能在车辆振动和高温等环境中胜任，并可达到较宽频带的调谐。

图3，经视放10输出的信号与声光报警电路11的电压比较器111的参考电压比较后，触发单稳态延时器112输出一个延时的脉冲信号，该信号继而触发模拟音响发生芯片113，产生的音响信号在小功率音频放大器114放大推动微型扬声器14发出警示音响，与此同时，这个警示信号经音频压控彩灯控制芯片115内置VCO、音频整流放大器、脉冲分配输出驱动发光二极管阵列15，跟随警示音响速率起伏循环闪光。音响信号可以是模拟短语或短音乐、铃声等，发光二极管阵列可以是警示文字或特定图案。

                    具体实施方法

本发明实施例的天线1馈入前置高放2，第一混频器3的一个输入端与高放2输出耦合，另一个输入端则与第一本振4输出信号耦合，第一混频器3的输出接入第一中放5的输入端，中放5的输出信号一部分接与第二混频器6的一个输入端相接，另一部分信号接AGC控制电路12的输入端，AGC控制电路12输出接回该中放5的输入端，第二混频器6的另一个输入端接于第二本振7的输出信号，其输出端接入第二中放8，中放8的输出一部分信号接AGC控制电路13的输入端，AGC控制电路13的输出接回本中放8的输入端，中放8的另一部分信号接主信道检波器9解调后接入视放10，其视放10的输出一部分信号接第一本振的频率自动调谐扫描锁定跟踪电路4，另一部分信号驱动声光报警电路11。

该装置天线是双层微带结构，其馈电元和引向寄生元组成较宽频带的信号接收，天线由传输线馈入前置高放。这前置高放的场效应管源极串入射频RF旁路的电阻建立偏置，利用其输入非线性直流电压负反馈到栅极改变工作点，以对数规律控制其增益保持一定的范围内不变，第一混频器由肖特基二极管组成微带巴伦双平衡混频器可获得宽带频域高性能，第一本振介质稳频压控振荡器VCO变容管调谐电压输入锯齿波发生器扫描信号，在没有雷达信号时，锯齿波电压扫描使本机振荡频率周期性自动调谐；当有雷达信号时，信号经第一混频器进入第一中放，又经第二混频器进入第二中放，再经主信道检波器解调，在视放输出信号通过RC低通滤波便输出一个锁定信号，这个信号一方面控制模拟电子开关的常闭触点使其释放断开，停止频率自动扫描，跟踪雷达信号，另一方面视放输出信号是触发驱动声光报警电路。采用介质稳频的VCO可获得较高的稳频特性，能在车辆振动和高温等环境中胜任，并可达到较宽频带的调谐。

两组中放5、8分别设置输入信号大动态特性的AGC控制电路，它由AGC检波器、低通滤波器、运放直流放大器及延迟电路，对不同距离强弱变化的雷达信号起到自动增益控制。

声光报警电路是由电压比较器、单稳态延时器、模拟音响发生芯片、小功率音频放大器、音频压控彩灯控制芯片及微型扬声器、发光二极管阵组成，其连接方式是电压比较器输入接视放输出信号，输出接单稳态延时器的输入，音响发生芯片的输入接单稳态延时器的输出，该音响发生芯片的输出接音响放大器驱动扬声器和音频压控彩灯控制芯片，音频压控彩灯控制芯片输出接发光二极管阵。

本实施例天线方向图E面波瓣宽度≥±75°，H面旁瓣电平-25dB，前置高放的对数增益控制和两组中频放大器AGC自动增益控制动态特性＞120dB。介质稳频压控振荡器VCO中心频率稳定度优于10-6，变容管线性调谐频率范围＞22.9％。满足X波段8-12GHz的调谐，各项技术指标达到机动车行驶接收测速雷达无线电警示信号的要求。

本发明的车辆超速警示装置灵敏度高，能在较远距离扫描捕获和锁定跟踪测速雷达信号，警示准确无误；天线、前置高放、第一混频器、第一本振微波高频组件均采用微带线，两组中放、第二混频器、第二本振及声光报警电路为专用集成电路，其结构紧凑，性能稳定，，且体积小、重量轻，便于在机动车上安装与使用。

Claims (8)

1、一种公路机动车超速无线电警示装置，其特征在于：该装置由天线、前置高放、第一混频器、第一本振及其频率自动调谐扫描锁定跟踪电路、第一中放、第二混频器、第二本振、第二中放、控制两组中放的AGC电路、主信道检波器、视放以及声光报警电路组成，其中天线馈入前置高放的输入端，第一混频器的一个输入端与前置高放输出耦合，另一个输入端与第一本振输出信号耦合，第一混频器的输出接入第一中放的输入端，第一中放输出信号的一部分接AGC控制电路的输入端，AGC控制电路的输出接回本中放的输入端，第一中放输出信号的另一部分接入第二混频器的一个输入端，第二混频器的另一个输入端与第二本振输出端相接，其输出端接入第二中放，该中放的输出信号一部分接于AGC控制电路的输入端，AGC控制电路的输出接回本中放的输入端，第二中放输出信号另一部分则接主信道检波器，解调后接视放，这视放输出信号的一部分连接第一本振的频率自动调谐扫描锁定跟踪电路，输出信号的另一部分接入声光报警电路。

2、根据权利要求1所述的公路机动车超速无线电警示装置，其特征在于：天线采用双层微带结构，它是在下层一面导体接地的介质基片上的另一面贴加导体薄片为馈电元，上层介质基片贴导体簿片为寄生元，天线的传输线与前置高放输入耦合。

3、根据权利要求1所述的公路机动车超速无线电警示装置，其特征在于：前置高放采用微波场效应晶体管按共源放大模式，其输入、输出谐振网络为微带线结构，在源极电路中串入一个射频RF旁路的电阻，输出网络与第一混频器的一个输入端耦合。

4、根据权利要求1所述的公路机动车超速无线电警示装置，其特征在于：第一混频器采用微波肖特基二极管组成微带巴伦双平衡混频器，所用巴伦是渐变平行宽边耦合线，双面微带线结构，射频RF巴伦的输入耦合线在基片下面，其余电路在基片上面，与第一本振信号LO定向耦合是宽带耦合器，该混频器中频信号IF经第一中放输入定向耦合器用较高频率的集总参数带通滤波网络提取。

5、根据权利要求1所述的公路机动车超速无线电警示装置，其特征在于：第一本振是一个介质稳频压控振荡器VCO，其结构采用微波场效应晶体管微带线并联型反馈振荡模式，振荡反馈电路在栅漏之间，介质谐振器与栅漏微带线耦合，变容管通过阻抗变换器再与介质谐振器耦合，振荡功率由源极输出至第一混频器的一个输入端。

6、根据权利要求1所述的公路机动车超速无线电警示装置，其特征在于：第一本振的频率自动调谐扫描锁定跟踪电路，是由一个锯齿波发生器、模拟电子开关、RC滤波网络组成，锯齿波发生器的输出信号是通过模拟电子开关常闭触点接入第一本振的变容管频率调谐电压输入端，视放输出信号串接RC滤波网络后接到模拟电子开关的控制端，并且与变容管频率调谐电压输入端相接。

7、根据权利要求1所述的公路机动车超速无线电警示装置，其特征在于：第一中放、第二中放的自动增益控制AGC电路分别设有AGC检波器、低通滤波器、运放直流放大器及延迟电路，来自中放输出接检波二极管的一端，另一端接低通滤波器及其阻容负载，然后串接隔离二极管再接运放的一个输入端，该端接有分压可调的电阻网络，并与运放电源+端相接，运放的另一个输入端串一个电阻接地，运放的反相输入端与其输出端并接RC元件，输出接中放AGC的控制端。

8、根据权利要求1所述的公路机动车超速无线电警示装置，其特征在于：声光报警电路是由电压比较器、单稳态延时器、模拟音响发生芯片、小功率音频放大器、音频压控彩灯控制芯片及微型扬声器、发光二极管阵组成，其中，电压比较器输入接视放输出信号，输出接单稳态延时器的输入，音响发生芯片的输入接单稳态延时器的输出，该音响发生芯片的输出接音响放大器驱动扬声器和音频压控彩灯控制芯片，音频压控彩灯控制芯片输出接发光二极管阵。

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