雷达速度检测原理与实际应用.ppt

第13章汽车交通安全控制系统中的现代检测技术 13 1雷达速度检测原理与实际应用 雷达测速仪系统组成 微波部分 即传感器部分 用来获得多普勒信号前置放大器部分 对传感器获得的信号进行放大模拟部分 提高信号的信噪比 提高信号抗干扰能力 数字部分 系统的控制中心由单片机 可编程序时间间隔定时器 地址锁存器 总线驱动器 中断电路和复位电路等组成 完成信号检测及判断 控制通道选择 设置计数器的工作方式以及数据处理如存储 译码 显示 报警等功能 测速雷达系统的微波部分组成与工作原理微波组件由圆锥喇叭 发射源 微波网络及混频器组成见图13 1 其中发射源采用3公分体效应振荡器 图13 1微波部分原理框图 交通雷达测速仪工作原理多普勒效应波的频率和波源与观察者之间的相对运动有关当物体相对于微波信号源运动时 有下面的关系式成立 13 1 反射信号的频率微波源产生的发射频率运动物体的径向速度分量电磁波在空间的传播速度 从式 13 1 式中可以看到 接收到的反射信号频率是由两项组成的 第一项是由微波源产生的发射频率 第二项就是由物体运动引起反射信号的多谱勒频移 这个频移量就叫做多谱勒频率 通常用字母来表示 于是 13 2 其中雷达发射频率和电磁波传播的速度C是不变的 因此 当选定之后 多谱勒频率的大小只与物体相对微波源的运动速度成正比例关系 只要我们把反映目标运动速度信息的多谱勒频率找到 再经过适当的处理 就可测出目标的运动速度 只要两者之间有相对运动 多谱勒效应就发生 比较式 13 1 和式 13 2 可得 13 3 由 13 3 解得 13 4 由于C和是已知量 那么 令就是一个固定常数 因此 13 4 式可改写成 13 5 零中频法 从式 13 5 式可以看出 速度与多谱勒频率是一一对应的关系 给出的一个值 就测出一个对应的速度 也就是说 多谱勒雷达把测量速度的问题转化成了测量多谱勒的频率问题 零中频处理方法 只保留了大小的信息 而失去了方向信息 的量化首先求出速度为1km h时 所对应的的值 已知 1km h 10 525 109Hz 3 108m s 1小时 3600秒按式 13 2 式可求得为了说明问题方便 取 20Hz 那么 每小时n公里对应的为 固定式交通雷达的实际应用测速枪中选用了成熟的固态器件耿氏振荡器作为无线电波源 这种振荡器在微波波段产生射频能量 高频无线电能量被聚合成一窄波束射向目标车辆 波束的一小部分被反射回发射机 发射机中的另一固态器件混频二极管将反射波束的频率与发射频率进行比较 其差即为多普勒频移 13 5交通雷达测速仪的实际应用 数学上可证明 发射频率为10 525光赫 10 525 109Hz 时 每小时1英里的地面速度产生的多普勒频率为31 389Hz 当车速设定为60mile h 60MPH 时 31 389Hz mile h 60mile h 1883 34Hz 多普勒频率 由此关系式 便可通过将混频二极管测得的多普勒频率变换成以mile h表示的目标速度进行数字显示 车辆接近 60MPH反射频率10 525 001 883周 s Hz 发射频率10 525 000 000周 s Hz 多普勒频率1 883周 s车辆远离 60MPH发射频率10 525 000 000周 s Hz 反射频率10 524 998 117周 s Hz 多普勒频率1 883周 s Hz 车辆接近时反射频率比发射频率高 车辆远离时反射频率比发射频率低 角误差 余弦误差 雷达自身仅测量直线方向上接近或远离发射机的速度 若目标以某一角度接近或远离 则必定有某种未被雷达所检测的运动分量 例 物体以与发射波束成90 的角通过时 雷达没有响应 因为物体根本没有朝发射机方向的相对运动 图13 2说明余弦误差的影响 图11 2余弦误差的影响 表13 1误差范围的感性认识 活动雷达对于两个同向运动的物体 多普勒频移将由其相对速度之差引起 对于两个反向运动的物体 多普勒频移等于其速度之和 这种关系如图13 3所示 图13 3多普勒频移与运动方向的关系 目标车速度 TVS 合成速度 CRS 巡逻车速度 PVS 测定巡逻车速度有三种可能的方法雷达指示的合成速度减去巡逻车速度巡逻车的速度计上安装一合适的读出装置 然后用电子仪器把信号从雷达读数中减去雷达测定巡逻车速度 活动雷达操作时出现的几种特殊情况 建筑物反射强信号 巡逻车路线上有大型卡车 车辆超越巡逻车 13 6汽车电子测距原理与应用 超声波测距 超声波汽车倒车防撞装置 雷达测距 汽车防撞雷达 激光测距