高精度雷达测速系统及测速方法技术方案

本发明专利技术公开了一种高精度雷达测速系统及测速方法，高精度雷达测速系统包括24.15G连续波雷达天线；后端数字信号处理单元包括信号调理电路、主控制器、5V转3.3V电路、RS485串口通信、RS232串口通信和5V电源；24.15G连续波雷达天线连续发送24.15G正弦波信号，将反馈回来的信号进行处理，得到多普勒频差；信号进入后端数字信号处理单元中的信号调理电路，对信号进行滤波、放大处理，滤波、放大后将信号送入主控制器的ADC端口；主控制器对信号进行傅里叶变换，转化为车辆的速度和运动方向信息，若超速则触发拍照摄像头。本发明专利技术负载能力强、运行可靠；测试精度高，实现摄像头实时捕捉违规车辆车牌，且上位机能够进行实时监控，对减少交通安全事故的发生起着重要作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及道路交通
，尤其是一种高精度雷达测速系统及测速方法。
技术介绍
现有技术中，光电测速、线圈测速以及雷达测速是对车辆测速的主要方式。线圈测速将其埋在公路下方，当车辆通过线圈时，车辆使线圈发生形变，检测器根据线圈磁场的变化计算出车辆速度，但该方法施工和后期维护成本高，且安装时会造成系统瘫痪，不适用于大范围推广应用；光电测速安装相对简单，当车辆低速通过时测量精度较高，但速度达150km/h以上时精度低，测速范围有限；雷达测速是目前检测车辆超速行驶的主要方式，但大多数雷达测速系统利用单片机作为主控制器，采用计数鉴频的方法，其测试电路复杂、测量功能单一、精度不高，严重限制了产品的应用和推广。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种结构合理的高精度雷达测速系统及测速方法，测试精度高，实现摄像头实时捕捉违规车辆车牌和上位机监控的功能。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种高精度雷达测速系统，包括前端射频单元和后端数字信号处理单元；前端射频单元包括24.15G连续波雷达天线；后端数字信号处理单元包括信号调理电路、主控制器、5V转3.3V电路、RS485串口通信、RS232串口通信和5V电源；5V电源分别给系统各个模块提供5V的电压，5V转3.3V电路将5V电源提供的电压转换为3.3V电压提供给信号调理电路，5V电源与主控制器之间通过RS485串口通信与RS232串口通信进行通信；24.15G连续波雷达天线连续发送24.15G正弦波信号，将反馈回来的信号进行处理，得到多普勒频差；信号进入后端数字信号处理单元中的信号调理电路，对信号进行滤波、放大处理，滤波、放大后将信号送入主控制器的ADC端口；主控制器对信号进行傅里叶变换，转化为车辆的速度和运动方向信息，若超速则触发拍照摄像头。优选的，信号调理电路对信号进行滤波采用带通滤波，带通范围为100Hz-18KHz，测速范围为1km/h-400km/h。优选的，24.15G连续波雷达天线包括振荡器、接收天线、发射天线、第一混频器、第二混频器和第三混频器；振荡器发出一个频率为ftra的发射信号，其中一路经发射天线发射出去，一路分流成两路分别进入I、Q所在通道的第二混频器和第三混频器中，Q通道的信号在混频之前还需经90°的移相；接收天线接收到的回波信号，经低噪声放大处理后，经第一混频器与实时分流的两路信号进行混频，混频后得到的信号再经中频滤波放大处理，最终得到I、Q两路中频信号，I、Q两路中频输出信号中均携带有探测目标的速度信息。优选的，I、Q两路中频信号均包含有一个多普勒频差fD，多普勒频差的计算公式为其中，fD为多普勒频差，f0为雷达天线的发射频率，v为物体的速度范围，c0为光速；α为运动的实际方向与传感器目标连线之间的角度。优选的，多普勒频差经由TLV2374运放搭建起来的中频放大电路，送入主控制器芯片STM32F407。一种高精度雷达测速方法，包括如下步骤：(1)主控制器自带的12位ADC采集n个时域数据，n个时域数据通过FIR滤波后进行n点FFT运算，得到速度值和方向信息；(2)反复进行步骤(1)，得到m个速度值，计算这些值相互之间的差值，若差值小于设定的阈值，则输出多个速度值的平局值；(3)若差值大于设定的阈值，则将所采集到的数据进行Z变换，计算Z变换输出与FFT输出找出最接近的数值，作为实际速度值；(4)将输出的速度值和方向信息进行判断，若超速，则触发摄像头进行拍照。优选的，n的值为2048，m的值为3。本专利技术的有益效果为：系统负载能力强、运行可靠；测试精度高，实现摄像头实时捕捉违规车辆车牌，且上位机能够进行实时监控，对减少交通安全事故的发生起着重要作用，具有非常高的推广价值。附图说明图1是本专利技术的整体系统示意图。图2是本专利技术的24.15G连续波雷达天线内部结构示意图。图3是本专利技术的方法流程示意图。具体实施方式如图1，一种高精度雷达测速系统，包括24.15G连续波雷达天线；后端数字信号处理单元包括信号调理电路、主控制器、5V转3.3V电路、RS485串口通信、RS232串口通信和5V电源；5V电源分别给系统各个模块提供5V的电压，5V转3.3V电路将5V电源提供的电压转换为3.3V电压提供给信号调理电路，5V电源与主控制器之间通过RS485串口通信与RS232串口通信进行通信；24.15G连续波雷达天线连续发送24.15G正弦波信号，将反馈回来的信号进行处理，得到多普勒频差；信号进入后端数字信号处理单元中的信号调理电路，对信号进行滤波、放大处理，滤波、放大后将信号送入主控制器的ADC端口；主控制器对信号进行傅里叶变换，转化为车辆的速度和运动方向信息，若超速则触发拍照摄像头。信号调理电路对信号进行滤波采用带通滤波，带通范围为100Hz-18KHz，测速范围为1km/h-400km/h。如图2所示，24.15G连续波雷达天线包括振荡器、接收天线、发射天线、第一混频器、第二混频器和第三混频器；振荡器发出一个频率为ftra的发射信号，其中一路经发射天线发射出去，一路分流成两路分别进入I、Q所在通道的第二混频器和第三混频器中，Q通道的信号在混频之前还需经90°的移相；接收天线接收到的回波信号，经低噪声放大处理后，经第一混频器与实时分流的两路信号进行混频，混频后得到的信号再经中频滤波放大处理，最终得到I、Q两路中频信号，I、Q两路中频输出信号中均携带有探测目标的速度信息。I、Q两路中频信号均包含有一个多普勒频差fD，多普勒频差的计算公式为其中，fD为多普勒频差，f0为雷达天线的发射频率，v为物体的速度范围，c0为光速；α为运动的实际方向与传感器目标连线之间的角
度。多普勒频差经由TLV2374运放搭建起来的中频放大电路，送入主控制器芯片STM32F407，TLV2374运放具有宽电压工作范围，低至2.7V，工作带宽高达3M，完全能够满足系统应用。如图3所示，一种高精度雷达测速方法，包括如下步骤：(1)主控制器自带的12位ADC采集n个时域数据，n个时域数据通过FIR滤波后进行n点FFT运算，得到速度值和方向信息；(2)反复进行步骤(1)，得到m个速度值，计算这些值相互之间的差值，若差值小于设定的阈值，则输出多个速度值的平局值；(3)若差值大于设定的阈值，则将所采集到的数据进行Z变换，计算Z变换输出与FFT输出找出最接近的数值，作为实际速度值；(4)将输出的速度值和方向信息进行判断，若超速，则触发摄像头进行拍照。经过多次试验比较，选择1024点FFT，由于获取物体运动方向信息需要ADC两个通道同时采集，然后比较这两组数据的相位，因此n的值选为2048点，重复计算的次数m选为3，上路实际测试时，测速误差不超过1％。尽管本专利技术就优选实施方式进行了示意和描述，但本领域的技术人员应当理解，只要不超出本专利技术的权利要求所限定的范围，可以对本专利技术进行各种变化和修改。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度雷达测速系统，其特征在于，包括：前端射频单元和后端数字信号处理单元；前端射频单元包括24.15G连续波雷达天线；后端数字信号处理单元包括信号调理电路、主控制器、5V转3.3V电路、RS485串口通信、RS232串口通信和5V电源；5V电源分别给系统各个模块提供5V的电压，5V转3.3V电路将5V电源提供的电压转换为3.3V电压提供给信号调理电路，5V电源与主控制器之间通过RS485串口通信与RS232串口通信进行通信；24.15G连续波雷达天线连续发送24.15G正弦波信号，将反馈回来的信号进行处理，得到多普勒频差；信号进入后端数字信号处理单元中的信号调理电路，对信号进行滤波、放大处理，滤波、放大后将信号送入主控制器的ADC端口；主控制器对信号进行傅里叶变换，转化为车辆的速度和运动方向信息，若超速则触发拍照摄像头。

【技术特征摘要】
1.一种高精度雷达测速系统，其特征在于，包括：前端射频单元和后端数字信号处理单元；前端射频单元包括24.15G连续波雷达天线；后端数字信号处理单元包括信号调理电路、主控制器、5V转3.3V电路、RS485串口通信、RS232串口通信和5V电源；5V电源分别给系统各个模块提供5V的电压，5V转3.3V电路将5V电源提供的电压转换为3.3V电压提供给信号调理电路，5V电源与主控制器之间通过RS485串口通信与RS232串口通信进行通信；24.15G连续波雷达天线连续发送24.15G正弦波信号，将反馈回来的信号进行处理，得到多普勒频差；信号进入后端数字信号处理单元中的信号调理电路，对信号进行滤波、放大处理，滤波、放大后将信号送入主控制器的ADC端口；主控制器对信号进行傅里叶变换，转化为车辆的速度和运动方向信息，若超速则触发拍照摄像头。2.如权利要求1所述的高精度雷达测速系统，其特征在于，信号调理电路对信号进行滤波采用带通滤波，带通范围为100Hz-18KHz，测速范围为1km/h-400km/h。3.如权利要求1所述的高精度雷达测速系统，其特征在于，24.15G连续波雷达天线包括振荡器、接收天线、发射天线、第一混频器、第二混频器和第三混频器；振荡器发出一个频率为ftra的发射信号，其中一路经发射天线发射出去，一路分流成两路分别进入I、Q所在通道的第二混频器和第三混频器中，Q...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兵兵，张忠祥，周元元，范程华，齐琦，曹欣远，程亮亮，徐炯，
申请(专利权)人：合肥师范学院，
类型：发明
国别省市：安徽;34