CN102495409A - 一种车辆测速装置 - Google Patents
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Abstract
一种车辆测速装置，包括两个数字可调节控制放大器、数字信号处理控制单元的A/D采集端口AD0、AD1、***数字信号处理控制单元。通过控制端口输出控制信号控制数字可调节控制放大器采用最大放大系数进行放大，并通过A/D采集端口AD0、AD1进行一次采样和A/D转换，并对采集的信号进行数字滤波，最后***数字信号处理控制单元对该信号进行处理。本发明即保证了远距离小目标的探测和发现，又确保大目标近距离的不失真采样，用户不需要手动设定任何参数，***自动完成最佳信号的处理，从根本上杜绝了车辆速度的不正常倍频现象。
Description
技术领域
本发明涉及测速技术，尤其是车辆测速技术。
背景技术
目前，在国内外全部进口和国产各型雷达里，普遍存在对一些大型车辆或小型货车进行速度测量时，瞬间产生1倍或1/2倍速度值的问题，我们称之为倍频现象，这个现象导致交通警察在进行交通执法时产生执法争议，如处理不好将直接降低交警部门执法的公信力，严重的会引起警民纠纷，破坏社会和谐和稳定。目前，基本是靠交警在执法过程中人工筛选来把关，人工剔除明显偏差的违法车辆，如抓拍到的大货车的行驶速度为120～160千米/ 小时，增大了交警的工作量和把关难度。
我们知道，雷达测速的原理是依据多普勒原理来测速的，雷达发射一固定频率的无线电波，当该电波遇到运动物体后会反射回来部分电波，该电波的频率会产生一定的变化，且该变化大小正比于物体运动速度，这个变化的频率，我们称之为多普勒频移，当雷达工作频率为24.150GHZ时，运动物体一公里时速的变化会产生44.7HZ的频率变化，我们测出该频率大小，也就可以得出运动物体速度。 通过长期观察研究和实际测试，现有技术中的测速装置产生上述问题的主要原因有两点：
首先因为在微波发射和接收混频阶段，由于残波抑制不良导致二次谐波信号过强，后面信号处理电路无法识别和分清主波和谐波，导致测量误差频发，特别在一些国产测速雷达中，由于高频处理技术和工艺的局限，该问题比较明显。
其次，是在信号处理阶段，由于警用雷达的发射功率和雷达天线体积的限制，雷达要兼顾远目标和小目标检测的需要，一般会保持信号***较高的增益，当大型车或小货车离测速雷达很近时，由于车辆反射信号过强及不规则性，在信号处理***中，信号产生畸变和失真，导致严重的二次谐波等谐波干扰，直接导致测量过程的失误，当二次谐波是上倍频时，由于频率增加一倍，我们依据频率大小得出的车辆速度正好大一倍，当是下倍频时，由于频率减小1倍，我们得出的车辆速度正好小一倍。这个原因是大部分特别是进口雷达产生倍频现象的主要原因。
对于第一个原因，可以通过仔细调整微波高频部分工作参数和电路性能来解决，而且该二次谐波的干扰，一般容易捕获，因此比较容易解决。
对于第二个原因，绝大部分公司由于其雷达中信号放大、信号A/D采集、信号FFT变换等是几个独立的电路，一般都是通过调整信号FFT数字滤波电平即雷达测量灵敏度来实现的，当灵敏度比较高时，***对小信号能够检测出，也就实现了对小目标和远目标的检测，但是当某些原因导致特大信号进入时，就会产生信号畸变和失真，如灵敏度过低，雷达漏检率会升高，其他厂家一般都是提供软件给用户，由用户根据使用实际环境和需要现场设定雷达工作灵敏度，部分厂家可能是在信号放大环节增加AGC模拟信号增益自动控制电路来处理该问题，由于一般模拟电路的AGC调节范围有限，很难从根本上杜绝该问题的发生。
现有技术中尤以刘邹的名称为“基于DSP的测速雷达数据采集和处理”（CNKI-中国优秀硕士学论文全文数据库-学位年度2008，网络版投稿时间2009-02-07，《 江南大学硕士学位论文》）一文对雷达测速的工作原理、数据采集和处理作出了相关介绍，文中“第三章雷达数据采集和处理”中的“3.1测速雷达控制器”（P15）明确记载了以下技术内容：“测速雷达控制器采集单元对雷达的两路通道信号进行快速同步的采集，采集得到的雷达数据在中央处理单元经过一系列有效的算法计算处理得到需要的目标数据”，同时同页的最后一段进一步说明“雷达控制器需要控制两路数模转换通道对雷达信号进行同步的高速采集，采集到的数据由中央处理单元作相应的噪音处理、频率变换分析、数据相关等算法的处理，得到检测目标的频谱，---”。
上述论文公开的技术方案与其它现有技术具体使用的雷达测速装置基本一致，在AD采集前没有对信号的饱和失真做处理，只是采用固定的信号增益对信号进行放大，当雷达反射信号过强导致信号饱和失真产生信号畸变时，***则只能接受并进行处理，***不具备调节能力，当然处理结果中倍频现象依然存在。
发明内容
本发明的目的是提供一种车辆测速装置，有效解决倍频现象确保误测、漏测现象的不发生。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种车辆测速装置，其特征在于：两个数字可调节控制放大器分别接受前端雷达高频微波部分输出与车辆速度对应的车辆多普勒频率信号I和Q，数字可调节控制放大器的输出端接数字信号处理控制单元的A/D采集端口AD0、AD1，两个数字可调节控制放大器的端口线与***数字信号处理控制单元的控制端口相连，***数字信号处理控制单元得到的车辆速度信息通过端口14输出；
数字可调节控制放大器输出至数字信号处理控制单元的A/D采集端口AD0、AD1的信号按如下方式提供，***数字信号处理控制单元首先通过控制端口输出控制信号控制数字可调节控制放大器采用最大放大系数进行放大，并通过A/D采集端口AD0、AD1进行一次采样和A/D转换，并对采集的信号进行数字滤波，若A/D采集端口AD0、AD1采样值大于阀值，则***数字信号处理控制单元判定信号过强发生削波失真，通过控制端口输出控制信号控制数字可调节控制放大器降低放大倍数再次进行放大直至调节到无失真的信号电压为止，***数字信号处理控制单元对该信号进行处理。
本发明中的***数字信号处理控制单元采用最佳信号完成A/D转换和FFT分析计算，该方法即保证了远距离小目标的探测和发现，又确保大目标近距离的不失真采样，用户不需要手动设定任何参数，***自动完成最佳信号的处理。从根本上杜绝了车辆速度的不正常倍频现象。
附图说明
图1是本发明的原理框图。
具体实施方式
测速雷达主要是为了对交通超速违法行为提供抓拍触发信号，由于摄像机拍摄距离的限制，一般提供60米以内的测速抓拍信号，也就是说我们雷达的测速工作范围主要在1-60米范围内，按照电波在自由空间损耗计算，车辆反射信号（忽略车辆反射面大小）1米和60米信号相差35.55DB，考虑大小车反射面大小对信号强度的影响。
车辆测速装置包括两个数字可调节控制放大器10、20分别接受前端雷达高频微波部分输出与车辆速度对应的车辆多普勒频率信号I和Q，数字可调节控制放大器10、20的输出端接数字信号处理控制单元30的A/D采集端口AD0、AD1，两个数字可调节控制放大器10、20的端口线11、21与***数字信号处理控制单元10的控制端口31相连，***数字信号处理控制单元30得到的车辆速度信息通过端口14输出；
数字可调节控制放大器10、20输出至数字信号处理控制单元30的A/D采集端口AD0、AD1的信号按如下方式提供，***数字信号处理控制单元10首先通过控制端口31输出控制信号控制数字可调节控制放大器10、20采用最大放大系数进行放大，并通过A/D采集端口AD0、AD1进行一次采样和A/D转换，若A/D采集端口AD0、AD1采样值大于阀值，则***数字信号处理控制单元10判定信号过强发生失真，通过控制端口31输出控制信号控制数字可调节控制放大器10、20降低放大倍数3DB，再次进行放大直至调节到无失真的信号电压为止，***数字信号处理控制单元10对该信号进行处理。
所述的两个数字可调节控制放大器10、20采用4根端口11、21与***数字信号处理控制单元10的控制端口31相连。
所述的阀值设定为30000，放大倍数分16级，每级相差3DB、共48DB。
本发明采用数字控制的自动信号放大电路，并采用模拟信号放大环节的数字闭环控制调节增益的方法，彻底解决了速度值的倍频问题，设计增益调节范围为48DB，完全覆盖雷达测速范围内信号的变化幅度，无论信号最强还是最弱，雷达都能提供给内部A/D转换电路最佳信号电平，确保信号的永不失真放大和采样。
以下结合图1详细说明本发明的工作原理。
前端雷达高频微波部分输出与车辆速度对应的车辆多普勒频率信号I和Q，I、Q相位相差90度，幅值相差小于6DB,分别进入2个数字可调节控制放大器10、20，数字可调节控制放大器10、20的输出进入***数字信号处理控制单元30的A/D采集端口AD0、AD1，同时数字可调节控制放大器10、20采用4根端口线11、21即4位二进制端口和***数字信号处理控制单元30的控制端口31相连，***数字信号处理控制单元30得到的车辆速度等信息通过端口32输出。***数字信号处理控制单元30的有效工作电压为3.3V，采集端口AD0、AD1的A/D采样最大不失真电压范围应小于3.3V，将数字调节控制放大器10、20的输出端12、22的输出电压即***数字信号处理控制单元30的输入端口AD0、AD1的输入电压控制在3.0V以内,由于A/D采样采用15位二进制转换方式（3.3V=2的15次方=32768），将采样有效不失真电压控制值设为30000（<32768）。雷达开始工作时，***数字信号处理控制单元30首先通过控制端口31控制数字调节控制放大器10、20采用最大放大系数进行放大，并通过端口AD0、AD1进行一次采样和A/D转换，当发现端口AD0、AD1采样值大于30000时，***数字信号处理控制单元30认为信号过强发生失真，通过其控制端口31自动降低数字调节控制放大器10、20的放大倍数3DB(调节范围是2的4次方3DB，即16级，共48DB),再次采样分析，直到调节到合适的信号电压为止，***数字信号处理控制单元30采用最佳信号完成A/D转换和FFT分析计算，该方法即保证了远距离小目标的探测和发现，又确保大目标近距离的不失真采样，用户不需要手动设定任何参数，***自动完成最佳信号的处理。从根本上杜绝了车辆速度的不正常倍频现象。
控制流程可以理解为数据采样A得到结果，B判断采样值是否超出有效范围，如没有超出，则进行数字信号的傅里叶变换，得到车辆速度的多普勒频率值，再换算成对应的速度值输出，如是超出采样有效值范围，则本次采样无效，调节放大器增益，再次重复采样判断，直到满足采样条件为止。由于每次采样和判断调节时间很快（小于500微妙），车辆在雷达测量夹角内存在的时间大于30毫秒，雷达***不会因此漏测通过的车辆。
Claims (3)
1.一种车辆测速装置，其特征在于：两个数字可调节控制放大器（10、20）分别接受前端雷达高频微波部分输出与车辆速度对应的车辆多普勒频率信号I和Q，数字可调节控制放大器（10、20）的输出端接数字信号处理控制单元（30）的A/D采集端口AD0、AD1，两个数字可调节控制放大器（10、20）的端口线（11、21）与***数字信号处理控制单元（10）的控制端口（31）相连，***数字信号处理控制单元（30）得到的车辆速度信息通过端口14输出；
数字可调节控制放大器（10、20）输出至数字信号处理控制单元（30）的A/D采集端口AD0、AD1的信号按如下方式提供，***数字信号处理控制单元（10）首先通过控制端口（31）输出控制信号控制数字可调节控制放大器（10、20）采用最大放大系数进行放大，并通过A/D采集端口AD0、AD1进行一次采样和A/D转换，并对采集信号进行数字滤波，若A/D采集端口AD0、AD1采样值大于预先设定的阀值，则***数字信号处理控制单元（10）判定信号过强发生削波失真，通过控制端口（31）输出控制信号控制数字可调节控制放大器（10、20）降低放大倍数再次进行放大直至调节到无失真的信号电压为止，***数字信号处理控制单元（10）对该不失真信号进行处理。
2.根据权利要求1所述的车辆测速装置，其特征在于：所述的两个数字可调节控制放大器（10、20）采用4根端口线（11、21）与***数字信号处理控制单元（10）的控制端口（31）相连。
3.根据权利要求1所述的车辆测速装置，其特征在于：所述的阀值设定为30000，放大倍数分16级，每级相差3DB、共48DB。
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