一種道路交通監控雷達及其實現方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及道路交通監控雷達及其實現方法，特別涉及一種基于FMSK體制的道 路交通監控雷達裝置及其實現方法。
【背景技術】
[0002] 隨著國民經濟的發展，中國的公路交通交通取得了飛速的發展，汽車的產量和保 有量連年創新歷史新高，所以道路交通的管理和科學的引導變得尤其重要，智能交通的概 念也提上議事日程。面對交通日益嚴重的問題，傳統的解決方式越來越顯示出其局限性，而 融入了信息技術的智能交通新領域，則逐步開始被全世界關注并大力發展建設；實踐證明， 智能交通系統將會成為未來交通的發展方向，這一交通領域的變革也將逐步改變現行交通 帶來的諸多問題。
[0003] 雷達在智能交通中將發揮重要作用。車輛類型千差萬別，車輛行駛的速度變化范 圍很大。道路多樣，路況復雜，車輛種類繁多，使用情況多種多樣。現在廣泛使用的是連續 波多普勒雷達，其由天線、射頻電路收發系統、模數轉換模塊、數字信號處理模塊組成。天線 用于向目標物發射信號，并接收目標物的反射信號；射頻電路收發系統用于將所述天線的 發射信號和接收信號混頻；所述模數轉換模塊用于將所述混頻后的信號轉換為數字信號； 對目標回波信號進行傅里葉變換，獲得目標回波信號的頻譜信號，從而得到目標物的實際 速度。
[0004] 傳統的交通測速雷達只測量車輛的速度信息，雷達只能區分波束限定范圍內的目 標與限定范圍外的目標，當雷達波束限定范圍內有大于一輛車時，不能把速度信息與車輛 對應，另外由于目標的RCS (雷達散射截面）不同，與雷達距離遠近不同，很容易造成雷達主 波束內的小目標信號能量小于波束副瓣內大目標的能量，所以特別容易造成虛警和漏警， 即雷達探測的速度信息并不能和車輛目標一一對應，這對現代交通管理和引導帶來不便。
[0005] 國內目前在用的交通用雷達均為連續波多普勒雷達，均采用多普勒測速的方法。
[0006] 現有技術中，有一種微波測速雷達動態測量速度的方法（公布號： CN103869305A)，實現了在移動中測量機動車速度的方法。一種基于角度補償的雷達測速裝 置及方法（公布號：CN103885056A)，在所述雷達測速裝置中增加傾角傳感器，并根據所述 傾角傳感器測得的角度修正目標物的速度，與傳統的雷達測速裝置相比，提高了速度測量 的準確性。一種連續波測速雷達（公布號：CN104251992A)，主要應用于公路交通測速領域， 可實時檢測每個過往車輛的真實速度。但上述的多種方法或裝置都只對單目標測速。
[0007] -種公路車輛監測用窄波束測速雷達組（公布號：CN101520510)，將多個雷 達合理地組合在一起，解決了多個雷達協同工作的問題，但是需要多個雷達裝置，增加 了成本，且多目標處理能力不佳。一種單雷達多車道智能測速方法及其系統（公布號： CN104424804A)，需要雷達檢測車輛記錄與視頻檢測車輛記錄進行判斷，確定與雷達觸發相 匹配的視頻觸發，并進而確定車輛速度；此方法增加了雷達設備及其相應的調試和標定工 作，比較復雜。
[0008] -種具有車輛方向辨別功能的測速雷達系統（公布號：CN102445689A)，不 能識別多目標。一種高精度測速測距激光雷達系統及測速測距方法（授權公告號： CN101236253B)，可以獲取目標的速度和距離信息，但是多目標處理能力和全天候工作特 性不佳，影響在惡劣環境下的使用。一種編碼跳頻測距測速方法及雷達（授權公告號： CN100370276C)，，可以得到距離、速度信息，但是容易出現虛假目標和多目標處理能力。基 于對稱三角LFMCW雷達的高精度實時微波測速測距裝置（公布號：CN103630888A)，實現了 對稱三角LFMCW雷達對運動目標同時高精度測速和測距；但是該方法處理比較復雜，成本 較高，功耗大，運算量大。
[0009] -種用于多個目標的間距和相對速度測量的方法和裝置（授權公告號：CN 100538395C)，根據FMCW原理工作，在處理多目標問題時常采用不同斜率，利用不同的上升 斜坡和下降斜坡來獲得目標的距離和速度信息，在一定程序上解決了距離速度耦合問題， 但是在密集車流量的情況下，其多目標分辨力、目標識別能力、及虛警率和漏警率都不能滿 足智能交通的需求，另外在處理多目標時也有如下不足：
[0010] -、多目標分辨率不高，密集目標時不能正確分辨；
[0011] 二、計算量大，需要多個周期及多個調制斜率才能真正得到目標的距離和速度信 息；
[0012] 三、容易出現假目標和丟失真實目標，在不同調制斜率的距離速度組合值之間解 算目標時，不能正確配對或者誤配對。
[0013] 迄今為止，沒有一種具有生產成本低、結構緊湊、體積小、處理復雜度低、穩定度 高、性能優良，而且電路性能可靠的交通用雷達設備，能夠勝任超速管理、卡口管理、闖紅燈 管理、交通流量統計等全功能的應用要求的作為現代交通安全管理系統的基礎設備。
【發明內容】
[0014] 本發明提出了一種道路交通監控雷達及其實現方法，其基于FMSK體制，對整個車 道上的目標進行監控，獲得雷達探測范圍內所有目標的距離、速度、和方位信息，在此基礎 上統計道路的車流量、車速、道路占有率，以及分析車輛的運行狀態和駕駛行為，為智能交 通提供最有效的數據來源，科學引導方便出行。
[0015] 為了達到上述目的，本發明的一個技術方案是提供一種道路交通監控雷達，所述 雷達的發射通道包含雷達信號發生器，其提供的發射信號，包含：頻率按照設定的步進值線 性上升的A段信號，和頻率按照相同的步進值線性上升的B段信號；A段信號與B段信號具 有不同的起始頻率；
[0016] 所述雷達的接收通道接收雷達探測范圍內一個或多個目標對發射信號的反射信 號；所述雷達的接收通道包含混頻器，根據所述雷達信號發生器向其提供的所述發射信號， 對任意一個目標的反射信號進行混頻得到相應的中頻信號；
[0017] 所述雷達包含信號處理機，對混頻得到的任意一個中頻信號，根據中頻信號的頻 率及相位差，求取該中頻信號的相應目標的距離及速度信息。
[0018] 優選地，所述雷達信號發生器輸出的發射信號，經過功率放大器放大后，經由雷達 發射天線輻射到雷達探測空域；
[0019] 所述雷達的雷達接收天線接收的反射信號，傳輸給低噪聲放大器進行放大后，提 供給混頻器的第一輸入端；
[0020] 所述雷達信號發生器通過耦合器向混頻器的第二輸入端，提供該雷達信號發生器 輸出的發射信號；
[0021] 所述混頻器的輸出信號傳輸到低通濾波器，通過模擬信號處理電路進行信號濾波 放大預處理后，得到相應的中頻信號；
[0022] 模擬數字變換器將中頻信號轉為數字化后，提供給信號處理機的數字信號處理器 對數字化的中頻信號進行頻譜分析，獲得該中頻信號的相應目標的距離及速度信息。
[0023] 優選地，所述雷達信號發生器生成的發射信號具有固定斜率的一個頻率段；或者， 所述雷達信號發生器生成的發射信號具有不同斜率的多個頻率段。
[0024] 優選地，一個頻率段的固定斜率或多個頻率段各自對應的斜率，由雷達的控制設 備提供給雷達信號發生器的頻率調制斜率來控制；
[0025] 所述頻率調制斜率由雷達的控制設備制定并提供給雷達信號發生器，或者由監測 道路交通情況的外部系統制定，并經由雷達的控制設備提供給雷達信號發生器。
[0026] 本發明的另一個技術方案是提供一種道路交通監控雷達的實現方法，所述雷達向 外輻射的發射信號，包含：頻率按照設定的步進值線性上升的A段信號，和頻率按照相同的 步進值線性上升的B段信號；A段信號與B段信號具有不同的起始頻率；
[0027] 所述雷達接收雷達探測范圍內一個或多個目標對發射信號的反射信號；所述雷 達，對任意一個目標的反射信號與所述發射信號混頻后得到的中頻信號進行頻譜分析，從 而根據所述中頻信號的頻率及相位差，求取與該中頻信號相應的目標的距離及速度信息。
[0028] 優選地，對A段信號相應的中頻信號進行頻譜分析，得到相應目標的中頻信號的 相位表達式：
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