CN105738898A - 基于测距测角测速相结合的多车道雷达测速方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于测距测角测速相结合的多车道雷达测速方法及装置，该方法包括：测量车辆相对于雷达的水平夹角βi；测量车辆相对于雷达的距离li；确定雷达测量区域内各车道与雷达的水平夹角范围α以及与雷达的距离范围L；判断所述βi和li是否在同一车道内的水平夹角范围α和距离范围L内，如是，则雷达触发并输出相应的车辆速度及所在车道。本发明采用相位差测角技术能够对车辆方位进行分辨，能够同时对多辆车进行测速并分辨各车辆所在车道，此外采用调频连续波测距正负频差技术能够分辨车辆来去向，从而实现一台雷达对来去向多条车道的监控。

Description

基于测距测角测速相结合的多车道雷达测速方法及装置

技术领域

本发明涉及雷达测速，具体地指基于测距测角测速相结合的多车道雷达测速方法及装置。

背景技术

目前实现对多车道进行测速监控主要有两类方式：第一类是每个车道安装一个单车道测速雷达，这种方式成本较高，安装施工及后期维护工作量较大；第二类是一台雷达覆盖多个车道，但现有的这种方式不能区分不同速度车辆所在的车道，其缺点是多辆车同时经过雷达照射区域被抓拍之后，无法区分各车辆的速度。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于测距测角测速相结合的多车道雷达测速方法及装置，本发明能够用一台雷达对多个车道进行测速且不同车道上的车辆触发雷达测速后雷达可以分辨车辆所在车道，各车道车辆触发位置可精确定位。

实现本发明目的采用的技术方案是：一种基于测距测角测速相结合的多车道雷达测速方法，该方法包括：

测量车辆相对于雷达的水平夹角βi；

测量车辆相对于雷达的距离li；

确定雷达测量区域内各车道与雷达的水平夹角范围α以及与雷达的距离范围L；

判断所述βi和li是否在同一车道内的水平夹角范围α和距离范围L内，如是，则雷达触发并输出相应的车辆速度及所在车道。

在上述技术方案中，所述测量车辆相对于雷达的水平夹角βi包括：

对接收天线Rx1收到的I路信号每一帧前t1时间的多目标回波信号进行fft获得频域信号，根据每一帧的频域门限值搜索符合车辆回波特征的频域峰值，根据各峰值确定对应的多普勒频率{Fd1_1，Fd1_2，...，Fd1_n}及回波相位{Φ1_1，Φ1_2，…，Φ1_n}；

对接收天线Rx2收到的I路信号每一帧前t1时间的多目标回波信号进行傅里叶变换获得频域信号，根据每一帧的频域门限值搜索符合车辆回波特征的频域峰值，根据各峰值确定对应的多普勒频率{Fd2_1，Fd2_2，...，Fd2_n}及回波相位{Φ2_1，Φ2_2，…，Φ2_n}；

根据{Fd1_1，Fd1_2，...，Fd1_n}、{Fd2_1，Fd2_2，...，Fd2_n}、{Φ1_1，Φ1_2，…，Φ1_n}、{Φ2_1，Φ2_2，…，Φ2_n}，确定出车辆相对于雷达的水平夹角βi，即{β1，β2，…，βn}。

进一步地，

1)频域上峰值的位数为n，那么其对应的多普勒频率为n/fft点数*采样率；

2)在频域上峰值的数学形式为a+jb，则回波相位为arctan(b/a)。

在上述技术方案中，所述测量车辆相对于雷达的水平夹角β包括：

对Rx1收到的I路及Q路信号每一帧后t2时间的多目标回波信号I+Q进行傅里叶变换获得频域信号，采用ossocfar技术获取每一帧的频域门限值，并根据每一帧的频域门限值搜索符合车辆回波特征的频域峰值，根据频谱正负频上频域峰值的频率差消除速度距离耦合，并根据频差正负判断车辆行驶方向，最后计算消除多速度耦合后的频率对应的距离li，即{l1，l2，…，li，…，ln}。

在上述技术方案中，所述判断车辆行驶方向包括：

对于回波在正频和负频上都检测到尖峰，记正频峰值频率为f1，负频峰值频率为f2，那么得到：

车辆距离对应的频率＝(f1-f2)/2

频率对应的距离＝((f1-f2)/2)/扫频斜率*光速/2

车辆运动产生的多普勒频率＝(f1+f2)/2，根据车辆运动产生的多普勒频率的正负判断车辆行驶方向，如果频率为正则车辆驶向雷达，如果频率为负则车辆驶离雷达。

此外，本发明还提供一种上述测速方法所用的雷达装置，该装置包括：

测速及测角模块，用于测量车辆相对于雷达的水平夹角βi；

测距及方向模块，用于测量车辆相对于雷达的距离li；以及

距离角度匹配触发模块，用于判断所述βi和li是否在同一车道内的水平夹角范围α和距离范围L内，如是，则雷达触发并输出相应的车辆速度及所在车道。

本发明具有以下优点：

1、本发明采用相位差测角技术能够对车辆方位进行分辨，能够同时对多辆车进行测速并分辨各车辆所在车道，这是传统多车道雷达所不能做到的。

2、本发明在相位差测角技术的基础上，辅以调频连续波技术，能够保证各车道触发一致性在±1m以内，能够精确定位触发，为摄像头拍照对焦抓拍提供了很大的便利，而传统的多车道雷达各车道触发一致性较差。

3、本发明采用调频连续波测距正负频差技术能够分辨车辆来去向，从而实现一台雷达对来去向多条车道的监控。

附图说明

图1为本发明基于测距测角测速相结合的多车道雷达装置的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明基于测距测角测速相结合的多车道雷达装置包括三个信号处理模块，分别为用于测量车辆相对于雷达的水平夹角βi测速及测角模块；用于测量车辆相对于雷达的距离li测距及方向模块；以及用于判断所述βi和li是否在同一车道内的水平夹角范围α和距离范围L内，如是，则雷达触发并输出相应的车辆速度及所在车道的距离角度匹配触发模块。

如图1所示，本发明雷达装置A能同时对多个车道上(一般4到6个车道)进行测速监控，当多辆车进入雷达照射区域后(图中虚线椭圆区域)，当车辆位于所在车道上的两条虚线a与b(虚线a、b以实线c为中心，±1m的距离)之间时，雷达能够触发测速并将触发信息发送给相机拍照。雷达触发后能准确的输出车辆速度及所在车道。

具体地，三个模块的工作过程如下：

1、测速及测角模块

对接收天线Rx1收到的I路信号每一帧前t1时间的多目标回波信号进行fft获得频域信号，根据每一帧的频域门限值搜索符合车辆回波特征的频域峰值，根据各峰值确定对应的多普勒频率{Fd1_1，Fd1_2，...，Fd1_n}及回波相位{Φ1_1，Φ1_2，…，Φ1_n}。其中，频域上峰值的位数为n，那么其对应的多普勒频率为n/fft点数*采样率；在频域上峰值的数学形式为a+jb，则回波相位为arctan(b/a)。

对接收天线Rx2收到的I路信号每一帧前t1时间的多目标回波信号进行傅里叶变换获得频域信号，根据每一帧的频域门限值搜索符合车辆回波特征的频域峰值，根据各峰值确定对应的多普勒频率{Fd2_1，Fd2_2，...，Fd2_n}及回波相位{Φ2_1，Φ2_2，…，Φ2_n}。根据{Fd1_1，Fd1_2，...，Fd1_n}，{Fd2_1，Fd2_2，...，Fd2_n}，{Φ1_1，Φ1_2，…，Φ1_n}，{Φ2_1，Φ2_2，…，Φ2_n}，确定出车辆相对于雷达的水平夹角βi，即{β1，β2，…，βn}。

2、测距及方向模块

对Rx1收到的I路及Q路信号每一帧后t2时间的多目标回波信号I+Q进行傅里叶变换获得频域信号，采用ossocfar技术获取每一帧的频域门限值，并根据每一帧的频域门限值搜索符合车辆回波特征的频域峰值，根据频谱正负频上频域峰值的频率差消除速度距离耦合，并根据频差正负判断车辆行驶方向，最后计算消除多速度耦合后的频率对应的距离li，即即{l1，l2，…，ln}。

其中，判断车辆行驶方向包括：

对于回波在正频和负频上都检测到尖峰，记正频峰值频率为f1，负频峰值频率为f2，那么得到：

车辆距离对应的频率＝(f1-f2)/2

频率对应的距离＝((f1-f2)/2)/扫频斜率*光速/2

车辆运动产生的多普勒频率＝(f1+f2)/2，根据车辆运动产生的多普勒频率的正负判断车辆行驶方向，如果频率为正则车辆驶向雷达，如果频率为负则车辆驶离雷达。

3、距离角度匹配触发模块

根据测角及测速模块得到的{β1，β2，…，βn}和测距及方向模块得到的{l1，l2，…，ln}带入下面表1的条件进行匹配，如果存在βi及Li同时满足某一车道条件，则雷达触发并输出相应的车辆速度。

车道	水平夹角(αi)	车辆距离(Li)
			车道1	-α1～-α2	L1～L2
车道2	0～-α1	L～L1
			车道3	0～α1	L～L1
车道4	α1～α2	L1～L2

表1

上述表1中，雷达测量区域内各车道与雷达的水平夹角范围αi以及与雷达的距离范围Li均为实际测量值。

Claims (6)

1.一种基于测距测角测速相结合的多车道雷达测速方法，其特征在于，包括：

测量车辆相对于雷达的水平夹角βi；

测量车辆相对于雷达的距离li；

确定雷达测量区域内各车道与雷达的水平夹角范围α以及与雷达的距离范围L；

判断所述βi和li是否在同一车道内的水平夹角范围α和距离范围L内，如是，则雷达触发并输出相应的车辆速度及所在车道。

2.根据权利要求1所述基于测距测角测速相结合的多车道雷达测速方法，其特征在于所述测量车辆相对于雷达的水平夹角βi包括：

对接收天线Rx1收到的I路信号每一帧前t1时间的多目标回波信号进行fft获得频域信号，根据每一帧的频域门限值搜索符合车辆回波特征的频域峰值，根据各峰值确定对应的多普勒频率{Fd1_1，Fd1_2，...，Fd1_n}及回波相位{Φ1_1，Φ1_2，…，Φ1_n}；

对接收天线Rx2收到的I路信号每一帧前t1时间的多目标回波信号进行傅里叶变换获得频域信号，根据每一帧的频域门限值搜索符合车辆回波特征的频域峰值，根据各峰值确定对应的多普勒频率{Fd2_1，Fd2_2，...，Fd2_n}及回波相位{Φ2_1，Φ2_2，…，Φ2_n}；

根据{Fd1_1，Fd1_2，...，Fd1_n}、{Fd2_1，Fd2_2，...，Fd2_n}、{Φ1_1，Φ1_2，…，Φ1_n}、{Φ2_1，Φ2_2，…，Φ2_n}，确定出车辆相对于雷达的水平夹角βi，即{β1，β2，…，βn}。

3.根据权利要求1所述基于测距测角测速相结合的多车道雷达测速方法，其特征在于：

1)频域上峰值的位数为n，那么其对应的多普勒频率为n/fft点数*采样率；

2)在频域上峰值的数学形式为a+jb，则回波相位为arctan(b/a)。

4.根据权利要求1所述基于测距测角测速相结合的多车道雷达测速方法，其特征在于所述测量车辆相对于雷达的水平夹角β包括：

对Rx1收到的I路及Q路信号每一帧后t2时间的多目标回波信号I+Q进行傅里叶变换获得频域信号，采用ossocfar技术获取每一帧的频域门限值，并根据每一帧的频域门限值搜索符合车辆回波特征的频域峰值，根据频谱正负频上频域峰值的频率差消除速度距离耦合，并根据频差正负判断车辆行驶方向，最后计算消除多速度耦合后的频率对应的距离li，即{l1，l2，…，li，…，ln}。

5.根据权利要求3所述基于测距测角测速相结合的多车道雷达测速方法，其特征在于所述判断车辆行驶方向包括：

对于回波在正频和负频上都检测到尖峰，记正频峰值频率为f1，负频峰值频率为f2，那么得到：

车辆距离对应的频率＝(f1-f2)/2

频率对应的距离＝((f1-f2)/2)/扫频斜率*光速/2

车辆运动产生的多普勒频率＝(f1+f2)/2，根据车辆运动产生的多普勒频率的正负判断车辆行驶方向，如果频率为正则车辆驶向雷达，如果频率为负则车辆驶离雷达。

6.一种实现权利要求1所述测速方法所用的雷达装置，其特征在于，包括：

测速及测角模块，用于测量车辆相对于雷达的水平夹角βi；

测距及方向模块，用于测量车辆相对于雷达的距离li；以及

距离角度匹配触发模块，用于判断所述βi和li是否在同一车道内的水平夹角范围α和距离范围L内，如是，则雷达触发并输出相应的车辆速度及所在车道。