微波雷达智能交通应用技术详细介绍

一、引言

实时交通信息是智能交通系统（ITS）的最基本的信息源之一，只有对各道路实时交通信息有了准确地掌握才能有效地实施和发挥诸如交通诱导之类的ITS功能，因此对交通信息的实时检测技术是ITS技术中最核心也是最基本的技术之一。

交通信息采集技术的研究已经开展多年。目前已有多种交通信息采集技术在实际中应用。通过这些技术采集到的交通信息主要包括各车道的车流量、车道占有率，车速、车型、车头时距等。有了准确的车辆实时速度自然就可以进行超速抓拍触发了。

最先开始发展的是接触式的交通信息采集技术，其主要代表是环行线圈探测。这些采集装置都有共同特点，就是埋藏在路面之下，当汽车经过采集装置上方时会引起相应的压力、电场或磁场的变化，最后采集装置将这些力和场的变化转换为所需要的交通信息。经过多年发展，路面接触式的交通信息采集技术已经很成熟，其测量精度高，易于掌握，一直在交通信息采集领域中占有主要地位。但是这种路面接触式的交通采集装置有着不可避免的缺点。首先是安装维护困难，必须中断交通、破坏路面；其次随着车辆增多，车辆对道路的压力导致这类装置的使用寿命也越来越短；现在道路扩张很快，各种环境下的道路日益增多，而路基下沉、盐碱和冰冻等条件将严重影响路面接触式交通信息采集装置的使用。另外，对隧道、桥梁等环境，路面破坏性的安装方式存在更多的困难与不便。所有这些都带来了其使用成本的上升。

新近发展起来的路面非接触式交通信息采集装置不存在安装维护困难、使用寿命短等缺点，主要有微波探测和视频探测两大类。由于安装维护简单，路面非接触式交通信息采集技术发展非常迅速。视频探测是利用车辆进入检测区域（虚拟线圈）导致背景灰度变化的原理来进行检测，直观可靠，但受光度，气候条件的影响很大，且需要进行镜头清洁等日常维护。微波探测则是利用车辆经过检测区域时引起的电磁波的返回时间或频率的变化进行检测，有着安装维护方便、使用寿命长、几乎不受光照度、灰尘以及风、雨、雾、雪等天气气候影响等优点。

二、基于微波雷达的交通信息检测与超速抓拍触发技术
将微波雷达技术应用于交通信息采集时关键要解决从雷达回波信号中提取车辆信息问题。简单来说，就是如何利用微波雷达技术所具有的测速与测距功能来实现交通信息实时检测。

1、 速度检测

微波雷达对运动物体的精确速度检测基于微波多普勒（Doppler）效应。微波在行进过程中，碰到障碍物体时会反射，而且反射回来的波，其频率及振幅都会随着所碰到的物体的移动状态而改变。若微波所碰到的物体固定不动，那么所反射回来的波其频率不变。若物体朝着无线电波发射的方向前进，此时所反射回来的无线电波会被压缩，因此该电波的频率会随之增加；反之，若物体朝着远离无线电波方向行进，则反射回来的无线电波其频率会随之减小。这就是Doppler效应。

基于Doppler效应原理，可以对运动目标的速度进行精确测量。将相对运动所引起的接收频率与发射频率之间的差频称为Doppler频率，用fd表示，表达式为

fd = 2fo*V*cosΘ/c

其中fo表示雷达前端发射的微波信号频率（一般为24GHz或者35GHz）;V为被检车辆速度;c表示电磁振荡在空气中的传播速度，Θ表示微波波束方向与运动方向的夹角。

从上式可以看出，只要测得了Doppler频率fd ，就可以获得运动物体的速度，这就是Doppler测速原理。具体做法是，利用Doppler收发（T/R）组件产生单频高频微波，并接收目标的反射信号，由于反射信号的频率与发射信号的频率相比已经有了一个变化，经混频后输出的中频（IF）信号频率即为发射频率与接收频率之差，也就是fd。利用fd就可以测量出车辆的速度。

基于Doppler效应原理的测速精度极高。其测量误差主要来源于以下因素：T/R组件的发射频率fo的误差，Doppler频率的fd测量误差。由fo引起的误差可通过提高其输出稳定度来解决，比如使用低相位噪声的谐振腔，也可以采用锁相（PPL）的方式实现；由fd测量引起的误差则依据不同的检测方式而采用不同的检测方法。简单的检测方式是检测单位时间内IF信号的周期数，目前的测速雷达大多采用这种方式，其特点是结构简单、成本低，但是精度一般都不高，虽然可以在硬件和软件上下功夫，但难以有突破性的进展；另一种很精确的方法是利用数字信号处理芯片DSP对IF信号进行Fourier（傅立叶）变换以求得信号频率，这种方法的特点是测量精度足够高，缺点是结构复杂，成本相对较高。

2、 车辆流量检测

利用Doppler效应只能检测具有一定速度运动的物体，并且只能