雷达速度检测原理与实际应用.ppt

第13章 汽车交通安全控制系统中的 现代检测技术 13.1 雷达速度检测原理与实际应用 l 雷达测速仪系统组成： 微波部分，即传感器部分，用来获得多普勒信号 前置放大器部分，对传感器获得的信号进行放大 模拟部分，提高信号的信噪比（提高信号抗干扰能力） 数字部分，系统的控制中心 由单片机、可编程序时间间隔定时器、地址锁存器、总线驱动器 、中断电路和复位电路等组成，完成信号检测及判断、控制通道 选择、设置计数器的工作方式以及数据处理如存储、译码、显示 、报警等功能。 1测速雷达系统的微波部分组成与工作原理 微波组件由圆锥喇叭、发射源、微波网络及混频器组成见 图13-1。其中发射源采用3公分体效应振荡器 图13-1 微波部分原理框图 2交通雷达测速仪工作原理 1.多普勒效应 波的频率和波源与观察者之间的相对运动有关 当物体相对于微波信号源运动时，有下面的关系式 成立 (13-1) 反射信号的频率 微波源产生的发射频率 运动物体的径向速度分量 电磁波在空间的传播速度。 从式（13-1）式中可以看到，接收到的反射信 号频率是由两项组成的，第一项是由微波源产 生的发射频率 ；第二项就是由物体运动引起 反射信号的多谱勒频移。这个频移量就叫做多 谱勒频率。通常用字母 来表示，于是 (13-2) l 其中雷达发射频率 和电磁波传播的速度C是不 变的。因此，当 选定之后，多谱勒频率的大小 只与物体相对微波源的运动速度成正比例关系， 只要我们把反映目标运动速度信息的多谱勒频率 找到，再经过适当的处理，就可测出目标的运动 速度。 l 只要两者之间有相对运动，多谱勒效应就发生。 比较式（13-1）和式（13-2）可得 （13-3） 由（13-3）解得 （13-4） 由于C和 是已知量，那么，令 就是一个固定常 数，因此，（13-4）式可改写成 （13-5） 零中频法： 从式（13-5）式可以看出，速度 与多谱勒频率 是一一 对应的关系，给出 的一个值，就测出一个对应的速度 。也就是说，多谱勒雷达把测量速度的问题转化成了测量 多谱勒的频率问题。 零中频处理方法，只保留了 大小的信息，而失去了方 向信息。 的量化 首先求出速度为1km/h时，所对应的 的值。 已知 =1km/h， =10.525109Hz =3 108 m/s， 1小时=3600秒 按式（13-2）式可求得 为了说明问题方便，取 =20Hz，那么，每小时 n公里对应的 为 1.固定式交通雷达的实际应用 测速枪中选用了成熟的固态器件耿氏振荡器作为无线 电波源。这种振荡器在微波波段产生射频能量。高频 无线电能量被聚合成一窄波束射向目标车辆。波束的 一小部分被反射回发射机，发射机中的另一固态器件 混频二极管将反射波束的频率与发射频率进行比较， 其差即为多普勒频移。 13.5 交通雷达测速仪的实际应用 数学上可证明： 发射频率为10.525光赫（10.525109Hz）时，每小时1英里的地面速度产 生的多普勒频率为31.389Hz。 当车速设定为60mileh (60MPH) 时： 31.389Hzmileh60mileh=1883.34Hz（多普勒频率） *由此关系式，便可通过将混频二极管测得的多普勒频率变换成以mile/h 表示的目标速度进行数字显示。 车辆接近60MPH 反射频率 10，525，001，883 周/s（Hz） 发射频率 10，525，000，000 周/s（Hz） 多普勒频率 1，883 周/s 车辆远离60MPH 发射频率 10，525，000，000 周/s（Hz） 反射频率 10，524，998，117 周/s（Hz） 多普勒频率 1，883 周/s（Hz） 车辆接近时反射频率比发射频率高，车辆远离时反射频率比发射频率低 。 *角误差(余弦误差) 雷达自身仅测量直线方向上接 近或远离发射机的速度。若目 标以某一角度接近或远离，则 必定有某种未被雷达所检测的 运动分量。 例：物体以与发射波束成90的 角通过时，雷达没有响应，因 为物体根本没有朝发射机方向 的相对运动。 图13-2说明余弦误差的影响。 图11-2 余弦误差的影响 雷达指示的车车 速 实实 际际 的 车车 速 （MPH） 3030.0330.1230.4831.0831.9433.1134.6436.6838.6542.43 3535.0335.1435.5636.2637.2738.6340.4142.7245.1049.50 4040.0440.1640.6541.4542.5944.1546.1848.8251.5456.57 4545.0445.1845.7346.6347.9249.6651.9654.9357.9863.64 5050.0550.2050.8151.5153.2455.1857.7361.0364.4370.72 5555.0555.2255.8956.9958.5760.7063.5167.1370.8777.79 6060.0660.2460.9762.1763.8966.2269.2873.2477.3184.86 6565.0665.2666.0567.3569.2271.7475.0579.3483.7691.93 7070.0770.2871.1372.5374.5477.2680.8385.4490.2099.00 7575.0775.3076.2177.7279.8982.7886.6091.5596.64106.08 8080.0880.3281.3082.9085.1988.3092.3797.65103.09113.15 8585.0885.3486.3888.0890.5293.8198.15 103.7 5 109.53120.22 车辆车辆 与天线线的 夹夹角 151015202530354045 表13-1误差范围的感性认识 2. 活动雷达 对于两个同向运动的物 体，多普勒频移将由其 相对速度之差引起，对 于两个反向运动的物体 ，多普勒频移等于其速 度之和。这种关系如图 13-3所示。 图13-3 多普勒频移与运动方向的关系 目标车速度（TVS）=合成速度（CRS）巡逻车速度（ PVS ） 测定巡逻车速度有三种可能的方法 雷达指示的合成速度 减去巡逻车速度 巡逻车的速度计上安装一合适的读出装置