微波雷達智能交通應用技術詳細介紹

二、基于微波雷達的交通信息檢測與超速抓拍觸發(fā)技術
將微波雷達技術應用于交通信息采集時關鍵要解決從雷達回波信號中提取車輛信息問題。簡單來說，就是如何利用微波雷達技術所具有的測速與測距功能來實現(xiàn)交通信息實時檢測。

1、 速度檢測

微波雷達對運動物體的精確速度檢測基于微波多普勒（Doppler）效應。微波在行進過程中，碰到障礙物體時會反射，而且反射回來的波，其頻率及振幅都會隨著所碰到的物體的移動狀態(tài)而改變。若微波所碰到的物體固定不動，那么所反射回來的波其頻率不變。若物體朝著無線電波發(fā)射的方向前進，此時所反射回來的無線電波會被壓縮，因此該電波的頻率會隨之增加；反之，若物體朝著遠離無線電波方向行進，則反射回來的無線電波其頻率會隨之減小。這就是Doppler效應。

基于Doppler效應原理，可以對運動目標的速度進行精確測量。將相對運動所引起的接收頻率與發(fā)射頻率之間的差頻稱為Doppler頻率，用fd表示，表達式為

fd = 2fo*V*cosΘ/c

其中fo表示雷達前端發(fā)射的微波信號頻率（一般為24GHz或者35GHz）;V為被檢車輛速度;c表示電磁振蕩在空氣中的傳播速度，Θ表示微波波束方向與運動方向的夾角。

從上式可以看出，只要測得了Doppler頻率fd ，就可以獲得運動物體的速度，這就是Doppler測速原理。具體做法是，利用Doppler收發(fā)（T/R）組件產生單頻高頻微波，并接收目標的反射信號，由于反射信號的頻率與發(fā)射信號的頻率相比已經(jīng)有了一個變化，經(jīng)混頻后輸出的中頻（IF）信號頻率即為發(fā)射頻率與接收頻率之差，也就是fd。利用fd就可以測量出車輛的速度。

基于Doppler效應原理的測速精度極高。其測量誤差主要來源于以下因素：T/R組件的發(fā)射頻率fo的誤差，Doppler頻率的fd測量誤差。由fo引起的誤差可通過提高其輸出穩(wěn)定度來解決，比如使用低相位噪聲的諧振腔，也可以采用鎖相（PPL）的方式實現(xiàn)；由fd測量引起的誤差則依據(jù)不同的檢測方式而采用不同的檢測方法。簡單的檢測方式是檢測單位時間內IF信號的周期數(shù)，目前的測速雷達大多采用這種方式，其特點是結構簡單、成本低，但是精度一般都不高，雖然可以在硬件和軟件上下功夫，但難以有突破性的進展；另一種很精確的方法是利用數(shù)字信號處理芯片DSP對IF信號進行Fourier（傅立葉）變換以求得信號頻率，這種方法的特點是測量精度足夠高，缺點是結構復雜，成本相對較高。

2、 車輛流量檢測

利用Doppler效應只能檢測具有一定速度運動的物體，并且只能檢測單一目標，因此在智能交通系統(tǒng)中，如果要利用Doppler效應對車輛進行存在性檢測將會面臨只能檢測單一車道高速運行車輛的困境，因此不合適該應用。

除Doppler效應外，微波雷達還具有距離檢測功能。利用測距功能通過測量車輛與雷達之間的距離就可以判別車輛處于哪一條車道；對于同一車道，有無車輛存在時回波信號強度相差很大，這樣就可以判定車輛的存在，綜合起來就可以同時獲得多車道實時車輛存在信息而不用擔心此時道路是否擁擠（低速甚至停止情形）。

采用調頻連續(xù)波(FMCW)體制的雷達可以很好地實現(xiàn)上述雷達測距功能。

FMCW是受一定頻率周期性線性連續(xù)波調制的微波，雷達通過天線向外發(fā)射一系列連續(xù)調頻波，并接收目標的反射信號。發(fā)射波的頻率隨時間按調制電壓的規(guī)律（一般為三角波或者鋸齒波信號） 變化，發(fā)射信號與經(jīng)過障礙物后的反射信號的頻率差即為混頻輸出的中頻信號頻率IF，該頻率正比于雷達到障礙物之間的距離，也就是說，目標距離與雷達前端輸出的中頻頻率成正比。不同車道的車輛由于距雷達發(fā)射端口的距離不同，所產生的IF信號頻率也不相同，因而可以同時檢測多車道車輛的存在。

3、 其他交通信息參數(shù)檢測

除了車流量和速度以外，另外幾個主要交通信息參數(shù)是車型、占有率和車頭時距。對于微波來說，雖然不同類型的車輛其微波反射截面不同，但是這一特點無法用于車輛分型應用之中，因為影響反射截面的因素異常復雜，形狀、大小、反射面材料等等都會起作用。由于車輛通過檢測區(qū)域所需時間是可以測量的，如果準確速度知道了，利用速度與通過時間相乘就可以推算出車輛的長度，因而基于簡單微波技術的雷達只能提供基于長度的車輛分類（比如長車、中長車、短車等）。如果需要利用微波技術對車輛進行準確分型，則需要利用車輛輪廓診斷技術，成本將大幅度增加。一般的ITS應用不需要對車輛進行嚴格分型，按長度分類就可以了。

車道占有率以及車頭時距通過檢測車輛進入和離開微波雷達監(jiān)測區(qū)域的時刻來計算。對于側向安裝微波雷達來說，這兩個時刻難以準確測量，因為不同的檢測靈敏度將對應不同的時刻，所以只能起到參考作用。而正向安裝微波雷達卻能非常準確的測量。