TWI440876B - Radar detectors detect the speed of the method - Google Patents

Description

雷達偵測器偵測車速之方法

本發明係有關一種偵測車速之技術，特別是一種偵測車輛位置並快速計算出車速之雷達偵測器偵測車速方法。

按，一般路側之雷達車輛偵測器，其車速偵測係在路邊架設發射接收訊號之雷達，從車輛之側面進行偵測。其原理是利用雷達測量目標車輛與雷達之間的距離、車輛進入及離開雷達偵測區域之時間差或都卜勒效應等關係，計算出目標車輛之速度。其硬體可包含一發射器一接收器、一發射器二接收器或二發射器二接收器等組合。

其中，一發射器一接收器之偵測方法中接收器需針對多個時間點目標車輛與接收器之距離進行單迴圈演算法，利用車長加上偵測區域長度後，除以時間，可得到車速，但由於車長不固定，需以平均車長替代，因此會產生誤差；另外亦有用督卜勒效應來偵測速度，但因側向偵測督卜勒效應微弱，偵測誤差值頗高。

再者，有利用二發射器二接收器之偵測方法。其演算法是架設兩平行天線，利用二接收器之間的距離除以目標車出現在二接收器之間的時間差得到車速，其雖簡單，但是其缺點是需要二接收器之間的距離夠大(體積大)，若為了雷達體積小而縮短距離，則速度偵測就不夠精確。

一發射器二接收器的雷達測速器，是一個可同時兼顧體積小而且速度精確的一種實作方法。既有演算法是採用計算目標物到兩接收器頻率差去計算目標車輛之車速，然而其缺點是側向的偵測，頻率差的偵測需要較長的偵測時間，而在此較長時間內，目標車輛之雷達截面積可能已經在天線偵測範圍內產生劇烈變化，因而造成速度精確度大幅下降。

因此，本發明即提出一種雷達偵測器偵測車速之方法，以一發射器二接收器之偵測方法且不需大量計算，有效克服上述該等問題，具體架構及其實施方式將詳述於下。

本發明之主要目的在提供一種雷達偵測器偵測車速之方法，其係利用二接收器所接收到反射波之波前夾角的相位差計算目標物之車速。

本發明之另一目的在提供一種雷達偵測器偵測車速之方法，其係利用至少一發射器及二接收器，取目標物移動軌跡上兩個時間點的位置以計算目標物與接收器之距離，及該兩個時間點之該目標物到該兩接收器的二相位角差，並利用二接收器間的距離、發射波波長計算目標物之車速，不需擷取多個時間點之位置進行多重計算。

為達上述之目的，本發明提供一種雷達偵測器偵測車速之方法，其係利用至少一發射器送出複數偵測訊號，二接收器接收被目標物所反射之反射波，因此，當目標物進入二接收器之偵測區域，並感測到偵測訊號之反射波時，取目標物移動的兩個時間點位置與接收器中心點位置做為二第一距離，以第一距離除以時間差得到目標物之第一速度；接著以三角函數之代換，計算目標物在其中一時間點時與接收器其中之一的第二距離；最後，將第二距離代入計算第一速度之公式中，將第一速度換算成目標物對一接收器的速度，亦即目標物之實際車速。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明提供一種雷達偵測器偵測車速之方法，利用一發射器及二接收器、或二發射器及二接收器之架構，以最簡潔的算式快速計算出目標車輛之車速。

第1圖為本發明中偵測車速之示意圖，包含一發射器10及二接收器12a、12b，此發射器及接收器可為雷達，利用發射器10送出複數偵測訊號，當有目標物進入二接收器12a、12b之偵測區域時，接收器12a、12b接收被目標物所反射之反射波。首先計算接收器12a、12b反射目標物14之反射波的相位角差，此相位角差之計算公式為，其中λ為接收器12a、12b之發射波波長，d為接收器12a、12b之間的水平距離，θ為反射波之一波前夾角。

接著，如第2圖所示，取目標物14之直線運動軌跡中兩個時間點t_m 、t_n 時的位置，其為相近的時間點，以二接收器12a、12b之中心點與t_m 、t_n 時間點目標物14位置進行計算第一中心距離，包括R_m 為t_m 時目標物到中心點的距離，R_n 為t_n 時目標物到中心點的距離，再依據二時間點t_m 、t_n 目標物到中間點垂直線上之距離S_m 、S_n ，可得到預估的第一速度為下式(1)：

接著，以三角函數之代換，將公式(1)中之中心點換成接收器之位置，計算目標物在其中一時間點時與二接收器其中之一的第一距離，如第3圖所示，假設以t_m 時間點進行計算，目標物14到接收器12a之距離為R_m1 ，到接收器12b之距離為R_m2 ，目標物到二接收器12a、12b中心點之波前夾角為θ _m ，則如下式(2)算出R_m 與R_m1 之關係： 同理，。

再將公式(2)代入計算第一速度之公式(1)中，將第一速度換算成目標物對一接收器的速度，亦即目標物之實際車速，使接收器之相位角差分別乘上各自之發射波波長、第一距離及相位角差得到二乘積後，將乘積相減並乘上發射波波長，再除以時間差及第二距離，如下式(3)：

當λ遠小於R_m 或R_n 時，可將上式(3)進行省略最佳化，分別將接收器之相位角差乘上各自之第一距離後相減，再乘上發射波波長，並除以時間差及第二距離，使實際車速V如下式(4)：

又，若波前夾角θ極小，使R_m1 ≒R_n1 ≒R，R為目標物14直線運動軌跡與接收器垂直之距離，亦即接收器目標物之最短距離，由於R_m1 ≒R_n1 ≒R，因此公式(4)可再次省略最佳化，將接收器之相位角差相減，乘上目標物直線運動軌跡與接收器之中心點之垂直距離，再乘上發射波波 長，並除以時間差及第二距離，如下式(5)：

有鑑於目標物離接收器之距離R_m 遠大於二接收器之間的距離d，因此一般情況波前夾角θ _m 或θ _n 確實極小而可適用公式(5)之公式偵測車速，最佳化後之車速與未最佳化的車速差異小到可忽略不計。

綜上所述，本發明所提供一種雷達偵測器偵測車速之方法係利用目標物之波前夾角計算目標物反射波在二接收器之間的相位差，並瞬時地取得二短時間點目標物之位置，以時間差、相位差及目標物與接收器中心點之距離計算概略的車速，再將中心點以接收器位置取代，計算目標物到接收器的距離，代入概略車速之計算公式中，得到實際車速，更可將此實際車速之公式進行最佳化得到最簡計算公式，且計算出之結果與未最佳化前之差距極小而可忽略不計，因此可在目標車輛之雷達截面積在天線偵測範圍內，尚未產生變化之極短時間內，快速計算出目標物之速度，比起先前技術，有更高的速度精確度。

唯以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍。故即凡依本發明申請範圍所述之特徵及精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

10‧‧‧發射器

12a、12b‧‧‧接收器

14‧‧‧目標物

第1圖為本發明雷達偵測器偵測車速之方法中相位差之示意圖。

第2圖為本發明雷達偵測器偵測車速之方法中二時間點目標物到二接收器中心點之示意圖。

第3圖為本發明雷達偵測器偵測車速之方法中取一時間點，目標物到二接收器之距離之示意圖。

10．．．發射器

12a、12b．．．接收器

14．．．目標物

Claims (5)

1. 一種雷達偵測器偵測車速之方法，包括下列步驟：至少一發射器送出複數偵測訊號之發射波；一目標物進入二接收器之偵測區域，並感測到該偵測訊號之反射波時，取相近二時間點之該目標物與該等接收器之間的二第一距離，再利用該目標物從遠距離到該等接收器的距離差算出一相位角差，其中該等第一距離係由該等時間點之該目標物與該等接收器的一中心點之二第一中心距離加上該相位角差與該等接收器之一發射波波長的乘積所得；利用該等接收器間的一第二距離、該等時間點之一時間差、該相位角差及該等發射波波長得到該目標物之速度；以及當該等接收器之間的該第二距離遠小於該目標物到該等接收器之該等第一距離時，該反射波之一波前夾角接近於零，可將計算該目標物之速度之計算公式進行最佳化。
2. 如請求項1所述之雷達偵測器偵測車速之方法，更包括取該二時間點之該目標物與該等接收器的一中心點之該二第一中心距離，將該等第一中心距離乘上該等相位角差及該等發射波波長，再除以該二時間點之時間差及該第二距離，可得到一第一速度，再利用該第一距離取代該等第一中心距離，換算出該目標物對該等接收器的速度。
3. 如請求項1所述之雷達偵測器偵測車速之方法，其中計算該目標物之速度之計算公式為 ，其中λ為該等接收器之該發射波波長，d為該等接收器之間的該第二距離，t_m 、t_n 為該二時間點，R_m1 、R_n1 分別為一時間點時該目標物到該等接收器之間的該等第一距離，△ψ_m 、△ψ_n 分別為該等接收器之該相位角差。
4. 如請求項3所述之雷達偵測器偵測車速之方法，更包括當該反射波之該波前夾角接近於零時，該目標物之速度之計算公式最佳化為
5. 如請求項3所述之雷達偵測器偵測車速之方法，更包括當該反射波之一波前夾角極小，且該目標物到該等接收器該等第一之距離約等於該目標物到該等接收器的最短距離，則可將該目標物之速度之計算公式第二次最佳化為，其中R為該目標物直線運動軌跡與該等接收器之一中心點之垂直距離。