雙波束三天線微波交通信息檢測雷達和方法技術

一種雙波束三天線微波交通信息檢測雷達和方法，該雷達基于FMCW體制，采用同一VCO通過射頻開關實現相關雙路微波信號，并結合特殊算法實現準確交通信息檢測，硬件方面采用中心頻率在24.1GHz左右的毫米波，主要由3個平面陣列天線、2路微波發射單元、1路微波接收單元、2路中頻信號處理單元、數字信號單元以及人機界面五個單元組成。由于采用了雙波束三天線技術以及收發組件設計巧妙，最大限度地減少了微波單片集成電路芯片的使用，因而節省了成本，另外該方案既保留了側向安裝微波雷達的優點，同時又能準確檢測車輛實時速度、行駛方向以及車輛類型，并提高抗相鄰車輛干擾能力。

【技術實現步驟摘要】

本發 明涉及一種，更具體地說涉及了一種側向安裝、具有超高檢測精度的雙波束三天線微波交通信息檢測雷達。屬于智能交通系統中的交通信息采集領域
技術介紹
實時交通信息是智能交通系統(ITS)的最基本的信息源之一，只有對各道路實時交通信息有了準確地掌握才能有效地實施和發揮諸如公眾出行服務、交通行車誘導、智能紅綠燈控制之類的ITS功能，因此對交通信息的實時檢測技術是ITS技術中最核心也是最基本的技術之一。交通信息采集技術的研究已經開展多年。目前已有多種交通信息采集技術在實際中應用。通過這些技術采集到的交通信息主要包括各車道的車流量、車道占有率，車速、車型、車頭時距等。最先開始發展的是接觸式的交通信息采集技術，其主要代表是環行線圈探測。這些采集裝置都有共同特點，就是埋藏在路面之下，當汽車經過采集裝置上方時會引起相應的壓力、電場或磁場的變化，最后采集裝置將這些力和場的變化轉換為所需要的交通信息。 經過多年發展，路面接觸式的交通信息采集技術已經很成熟，其測量精度高，易于掌握，一直在交通信息采集領域中占有主要地位。但是這種路面接觸式的交通采集裝置有著不可避免的缺點。首先是安裝維護困難，必須中斷交通、破壞路面；其次使用壽命短。另外，對隧道、橋梁等環境，路面破壞性的安裝方式存在更多的困難與不便。所有這些都帶來了其使用成本的上升。近年來發展起來的路面非接觸式交通信息采集裝置-側向安裝(即安裝在道路邊立桿上)微波雷達在很大程度上解決了這些問題，這類裝置有著安裝維護方便(不需要中斷交通和破壞路面)、使用壽命長、單一雷達能同時覆蓋10車道、幾乎不受光照度、灰塵以及風、雨、霧、雪等天氣氣候影響等優點。但是這種側向安裝微波雷達也有其不可克服的缺點，主要體現在存在車輛之間的遮擋與干擾、無法測量實時車速、無法準確檢測車輛長度等。而這些參數對于ITS應用來說，都是很重要的，出現這些問題的根本原因是裝在道路邊上的雷達只具有單一微波波束，由于這種雷達采用的是調頻連續波體制(FMCW)，車輛行駛方向與微波波束垂直，因此無法直接測量車輛行駛速度，因而也就無法準確檢測車型了。因此研究一種既具有側向安裝微波雷達的優點，同時又能準確檢測車輛速度和車輛類型，并提高抗相鄰車輛干擾能力的微波交通信息采集雷達很重要也很必要。中國專利號CN 1400475，專利技術名稱為“智能交通中車流量監控的雷達射頻裝置及測定方法”，采用的是35GHz毫米波，利用三角波調制的FMCW體制進行交通信息檢測，屬于側向安裝單一微波波束單天線雷達。中國專利號CN 101231341，專利技術名稱為“直接檢測和測速的集成車流量雷達裝置”，采用對雷達回波進行射頻檢波的方法，通過對射頻檢波產生的直流電平進行檢測以獲得交通信息。屬于正向安裝單一波束微波雷達。中國專利號CN201383004，專利技術名稱為“一種智能交通車輛檢測雷達”。這是技術專利，該技術采用雙天線的全相參脈沖體制。中國專利號CN 101136141，專利技術名稱為“基于單頻連續波雷達的車型分類方法”， 該方法將雷達回波多普勒頻譜圖進行哈夫變換后映射為車輛散射中心位置參數圖像再通過一系列復雜特征提取獲得車型，這只是一種車型分類方法。再如，US6693557B2，專利技術名稱為“Vehicular Traffic Sensor”，它屬于側向安裝單波束雙天線雷達。US7427930B2，專利技術名稱為“Vehicular Traffic Sensor”，它屬于側向安裝單波束雙天線雷達。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種用于智能交通系統中的，以克服現有技術中存在的不足。本專利技術的特征在于⑴采用中心頻率在24. IGHz附近、調諧帶寬為100 300MHz 的微波，主要由三幅平面陣列天線、微波雙通道收發組件、兩通道中頻信號處理單元、數字信號處理單元以及人機界面五個單元組成；(2)由單一壓控振蕩器(VCO)作為微波源，通過射頻開關切換以產生雙路微波輸出；(3)具有兩路獨立發射單元，但是只有一路接收單元， 共有3幅平面陣列天線，其中兩幅天線主瓣方向之間具有10 15度的夾角，另一幅天線具有兩個主瓣；(4)采用鏡像抑制混頻器輸出相互正交的兩路(I、Q)中頻(IF)信號；(5)天線與收發組件之間通過同軸穿心針相連(中間隔以鋁板)；(6)對IF信號的處理采用雙波束關聯方法；(7)通過人機界面進行系統參數設置和信息輸出。 使用本專利技術所述的雷達進行交通信息檢測的方法步驟是(a)收發組件中的壓控振蕩器在調制信號的控制下產生頻率隨調制信號頻率變化的微波信號，發射的微波信號經射頻開關后變成兩路獨立的微波信號源；(b)每一路微波信號都通過單縫耦合器變成兩路功率不同的微波信號，其中功率較大的一路直接驅動發射天線；功率較小的一路饋入雙縫耦合器以作為本振信號驅動混頻器；(c)當通過發射天線發射的微波遇到車輛后反射，反射微波通過接收天線接收，作為射頻輸入信號進入混頻器，在混頻器中，回波信號與發射信號混頻以獲得攜帶有道路實時交通信息的兩路相互正交中頻信號I/Q ；(d)前端產生的中頻信號進入中頻信號處理單元，經濾波放大后的中頻信號進入數字信號處理單元，通過AD采樣將模擬信號數字化，然后進行快速富立葉變換，通過算法計算出所需要的交通信息。本專利技術的優越功效在于采用雙波束三天線方法的微波雷達，收發組件設計巧妙， 最大限度地減少了微波單片集成電路芯片的使用，節省了成本，另外該方案既保留了側向安裝微波雷達的優點，同時又能準確檢測車輛實時速度、行駛方向以及車輛類型，并提高抗相鄰車輛干擾能力。附圖說明 圖1為本專利技術雷達的功能模塊框圖；圖2為本專利技術雷達的功能模塊_微波收發組件框圖；圖3為本專利技術雷達的功能模塊_收發天線單元框圖；圖4為本專利技術雷達的功能模塊_中頻信號處理單元框圖；圖5為本專利技術雷達的功能模塊_數字信號處理單元框圖；圖6為本專利技術雷達的功能模塊_人機接口單元框圖；圖7為本專利技術雷達的FMCW算法原理框圖。具體實施例方式下面通過附圖對本專利技術作進一步的闡述，以說明本專利技術的特征。如圖1所示，本專利技術所述的雷達由收發組件2、收發天線3、中頻信號處理單元4、 數字信號處理單元5以及人機接口單元6組成。收發組件2產生的微波信號通過收發天線3中的發射天線發射，經障礙物發射的微波信號通過收發天線3中的接收天線進入收發組件2的混頻單元，以產生兩路中頻(IF)信號，該IF信號通過同軸線饋入中頻信號處理單元，經中頻信號處理單元處理后的兩路IF信號進入數字信號處理單元，數字信號處理單元再與外界計算機之間通過人機接口單元相連接。收發組件2中的VC021發射中心頻率在24. IGHz左右、調諧帶寬為100 300MHz 的微波，經過射頻開關22后變成兩路獨立的微波信號源，每一路微波信號都通過單縫耦合器23(功率分配比為8 2)變成兩路功率不同的微波信號，其中功率較大的一路直接驅動發射天線31和發射天線33，功率較小的一路饋入雙縫耦合器24(每個單縫的功率分配比為8 2)以作為本振(LO)信號驅動混頻器25 ；通過發射天線31和33發射的微波遇到障礙物(車輛)后反射，反射微波通過接收天線32接收，作為射頻(RF)輸入信號進入混頻器 25，在混頻器25中，回波信號與發射信號混頻以獲得攜帶有道路實時交通信息的兩本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種雙波束三天線微波交通信息檢測雷達，其特征在于：（ａ）采用中心頻率為２４．１ＧＨｚ的毫米波調頻連續波體制雷達；（ｂ）所述的雷達由收發組件（２）、收發天線（３）、中頻信號處理單元（４）、數字信號處理單元（５）以及人機接口單元（６）組成；收發組件（２）產生的微波信號通過收發天線（３）的發射天線發射，經障礙物發射的微波信號通過收發天線（３）的接收天線進入收發組件（２）的混頻單元產生兩路中頻信號，該中頻信號通過同軸線饋入中頻信號處理單元，經中頻信號處理單元處理后的兩路中頻信號進入數字信號處理單元，數字信號處理單元再與外界計算機之間通過人機接口單元相連接。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：余穩，張宙元，方菲菲，許鵬拓，錢蓉，孫曉瑋，
申請(專利權)人：中國科學院上海微系統與信息技術研究所，
類型：發明
國別省市：31