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1、第第13章章 汽车交通安全控制系统中的汽车交通安全控制系统中的现代检测技术现代检测技术13.1 雷达速度检测原理与实际应用l雷达测速仪系统组成：微波部分，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，前置放大器部分，对传感器获得的信号进行放大模拟部分，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，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。1测速雷达系统的微波部分组成与工作原理测速雷达系统的微波部分组成与工作原
2、理 微波组件由圆锥喇叭、发射源、微波网络及混频器组成见微波组件由圆锥喇叭、发射源、微波网络及混频器组成见图图13-1。其中发射源采用。其中发射源采用3公分体效应振荡器公分体效应振荡器图图13-1 微波部分原理框图微波部分原理框图2交通雷达测速仪工作原理交通雷达测速仪工作原理1.多普勒效应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，有下面的关系式当物体相对于微波信号源运动时，有下面的关系式成立成立 (13-1)反射信号的频率反射信号的频率 微波源产生的发射频率微波源产生的发射频率 运动物体的径向速度分量运动物体的径向速度
3、分量 电磁波在空间的传播速度。电磁波在空间的传播速度。从式（从式（13-1）式中可以看到，接收到的反射信）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生的发射频率 ；第二项就是由物体运动引起；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。通常用字母谱勒频率。通常用字母 来表示，于是来表示，于是 (13-2)l其中雷达发射频率其中雷达发射频率 和电磁波传播的速度和电磁波传播的速度C是不是不变的。因此，当变的。因此，当 选定之后，多谱勒频率的大小选定之后，
4、多谱勒频率的大小只与物体只与物体相对微波源的运动速度相对微波源的运动速度成正比例关系，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找到，再经过适当的处理，就可测出目标的运动速度。速度。l只要两者之间有只要两者之间有相对运动相对运动，多谱勒效应就发生。，多谱勒效应就发生。比较式（比较式（13-1）和式（）和式（13-2）可得）可得 （13-3）由（由（13-3）解得）解得 （13-4）由于由于C和和 是已知量，那么，令是已知量，那么，令 就是一个固定常就是一个固定常数，因此，（数，因此，（13-4）
5、式可改写成）式可改写成 （13-5）零中频法：零中频法：从式从式（13-5）式可以看出，速度式可以看出，速度 与多谱勒频率与多谱勒频率 是一一是一一对应的关系，给出对应的关系，给出 的一个值，就测出一个对应的速度的一个值，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。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。多谱勒的频率问题。零中频处理方法，只保留了零中频处理方法，只保留了 大小的信息，而失去了方大小的信息，而失去了方向信息。向信息。的量化的量化 首先求出速度为首先求出速度为1km/h时，所对应的时，所对应的 的值。的值。已知已知 =1km/
6、h，=10.525109Hz =3 108 m/s，1小时小时=3600秒秒 按式（按式（13-2）式可求得）式可求得 为了说明问题方便，取为了说明问题方便，取 =20Hz，那么，每小时，那么，每小时n公里对应的公里对应的 为为 1.固定式交通雷达的实际应用固定式交通雷达的实际应用测速枪测速枪中选用了成熟的固态器件耿氏振荡器作为无线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
7、器件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，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。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：数学上可证明：发射频率为发射频率为光赫光赫（10.525109Hz）时，每小时时，每小时1英里的地面速度产生的多英里的地面速度产生的多普勒频率为普勒频率为。当车速设定为60mileh (60MPH)时：mileh60mile（多普勒频率）（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。车辆接近车辆接近60
8、MPH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。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。*角误差角误差(余弦误差余弦误差)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
9、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。图图11-2 余弦误差的影响余弦误差的影响 雷达指示的雷达指示的车车速速实实 际际 的的 车车 速速（MPH）3030.0330.1230.4831.0831.9433.1134.6436.6838.6542.433535.0335.1435.5636.2637.2738.6340.4142.7245.1049.504040.0440.1640.6541.4542.5944.1546.1848.8251.5456.574545.0445.1845.7346.6347.9249.66
10、51.9654.9357.9863.645050.0550.2050.8151.5153.2455.1857.7361.0364.4370.725555.0555.2255.8956.9958.5760.7063.5167.1370.8777.796060.0660.2460.9762.1763.8966.2269.2873.2477.3184.866565.0665.2666.0567.3569.2271.7475.0579.3483.7691.937070.0770.2871.1372.5374.5477.2680.8385.4490.2099.007575.0775.3076.2177.
11、7279.8982.7886.6091.5596.64106.088080.0880.3281.3082.9085.1988.3092.3797.65103.09113.158585.0885.3486.3888.0890.5293.8198.15103.75109.53120.22车辆车辆与天与天线线的的夹夹角角151015202530354045表表13-1误差范围的感性认识误差范围的感性认识 2.活动雷达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。图图13-3 多普勒频移与运动方向的关系多普
12、勒频移与运动方向的关系 目标车速度（目标车速度（TVS）=合成速度（合成速度（CRS）巡逻车速度）巡逻车速度（PVS）测定巡逻车速度有三种可能的方法测定巡逻车速度有三种可能的方法 雷达指示的合成速度雷达指示的合成速度 减去减去巡逻车速度巡逻车速度 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子仪器把信号从雷达读数中减去 雷达测定巡逻车速度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：活动雷达操作时出现的几种特殊情况：.建筑物反射强信号建筑物反射强信号.巡逻车路线上有大型卡车巡逻车路线上有大型卡车.车辆超越巡逻车车辆超越巡逻车13.6 汽车电子测距原理与应用汽车电子测距原理与应用1超声波测距超声波测距（超声波汽车倒车防撞装置）（超声波汽车倒车防撞装置）2雷达测距雷达测距（汽车防撞雷达）（汽车防撞雷达）3激光测距激光测距