一种微波测速雷达的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种微波测速雷达，所述微波测速雷达包括雷达微波模块、信号处理模块和数据输出模块，雷达微波模块将被测目标的速度信息转换成多普勒频率信号，并将多普勒频率信号输出到信号处理模块，信号处理模块对多普勒频率信号进行数字处理，获取数字处理后的多普勒频率信号的环境物质密度百分比，并根据环境物质密度百分比识别数字处理后的多普勒频率信号中的环境物质点信号，并将数字处理后的多普勒频率信号中环境物质点信号对应的频谱清零，并将去除环境物质点信号后的多普勒频率信号转换成速度信息输出到数据输出模块。本实用新型可以识别强天气环境干扰信号并滤除该强天气环境干扰信号，提高了微波测速雷达在恶劣环境下工作的稳定性及可靠性。
【专利说明】一种微波测速雷达
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及微波测速雷达领域，具体涉及一种微波测速雷达，尤其涉及一种具有环境干扰识别和抑制功能的微波测速雷达。
【背景技术】
[0002]随着国内智能交通行业的高速发展，微波测速雷达广泛应用于测速卡口管理、超速抓拍系统以及移动电子警察等交通智能管控系统中，并逐渐成为智能交通管理系统的核心传感器。
[0003]微波测速雷达的有效性和稳定性是其最终的指标。目前市场上的微波测速雷达在一般环境下都有着良好的性能指标，但在一些恶劣环境下，如雨、雪、冰雹环境以及有特征相似的环境电磁干扰的情况(以下简称强天气情况)下，微波测速雷达的工作稳定性及可靠性则大大降低，造成误判，给司机和交通管理部门造成很多不必要的麻烦。
[0004]提高雷达在噪声环境上的抗干扰能力包括硬件处理和软件算法处理两方面。由于天气环境的回波信号频谱和一般噪声的频谱有很大区别，并有其自身特点，通常硬件只能对信号进行初步去噪，并不能实现天气环境回波信号与车辆信号的识别。而软件方面，一些通用去噪算法只能达到有限的去噪功能，目前市场上还没有针对微波测速雷达在强天气环境中的处理方法。
实用新型内容
[0005]本实用新型实施例提供一种微波测速雷达，以实现识别强天气环境干扰信号并滤除该强天气环境干扰信号。
[0006]第一方面，本实用新型实施例提供了一种微波测速雷达，所述微波测速雷达包括雷达微波模块、信号处理模块和数据输出模块；其中，所述雷达微波模块用于将被测目标的速度信息转换成多普勒频率信号，并将所述多普勒频率信号输出到所述信号处理模块；所述信号处理模块与所述雷达微波模块连接，用于对所述雷达微波模块输出的多普勒频率信号进行数字处理，获取数字处理后的多普勒频率信号的环境物质密度百分比，其中，环境物质密度百分比为数字处理后的雷达回波信号中幅度值大于预设幅度值的频点的占有率，并根据所述环境物质密度百分比识别数字处理后的多普勒频率信号中的环境物质点信号，并将数字处理后的多普勒频率信号中环境物质点信号对应的频谱清零，并将去除环境物质点信号后的多普勒频率信号转换成速度信息输出到所述数据输出模块；所述数据输出模块与所述信号处理模块连接，用于接收所述信号处理模块输出的所述速度信息。
[0007]进一步地，所述信号处理模块包括低通滤波器、模拟数字转换器和数字信号处理DSP芯片；其中，所述低通滤波器与所述雷达微波模块连接，用于对所述雷达微波模块输出的多普勒频率信号进行低通滤波，以滤除所述多普勒频率信号中的高频信号；所述模拟数字转换器与所述低通滤波器连接，用于将经过低通滤波器滤波得到的模拟信号转换成所述数字信号处理DSP芯片所需的数字信号；所述数字信号处理DSP芯片与所述模拟数字转换器连接，用于获取所述模拟数字转换器转换后的数字信号的环境物质密度百分比，并根据所述环境物质密度百分比识别所述模拟数字转换器转换后的数字信号中的环境物质点信号，并将所述模拟数字转换器转换后的数字信号中环境物质点信号对应的频谱清零，并将去除环境物质点信号后的多普勒频率信号转换成速度信息。
[0008]进一步地，所述数字信号处理DSP芯片包括去噪单元，干扰信号识别单元，干扰信号清除单元和速度输出单元；其中，去噪单元与所述模拟数字转换器连接，用于滤掉所述多普勒频率信号中的高频噪声；干扰信号识别单元与所述去噪单元连接，用于获取去噪后的数字信号的数据帧；将获取到的全部数据帧作为数据处理区域，判断数据处理区域的帧数是否积累到预设帧数，若是，则选取对应环境物质点特征的扫描窗，并利用所述扫描窗对数据处理区域内的所述待处理雷达回波信号进行扫描；将扫描到的数据处理区域中在预设频率范围内的各频点的幅度值进行二值化处理，根据二值化处理结果获取环境物质密度百分比；根据所述环境物质密度百分比识别数据处理区域内的环境物质点信号，并记录所述环境物质点信号的频点；若否，则获取所述待处理雷达回波信号的新的数据帧，返回继续判断数据处理区域的帧数是否积累到预设帧数；所述干扰信号清除单元与所述干扰信号识别单元连接，用于将所述模拟数字转换器转换后的数字信号中环境物质点信号对应的频谱清零；速度输出单元与所述干扰信号清除单元连接，用于将去除环境物质点信号后的多普勒频率信号转换成速度信息，并将所述速度信息输出到所述数据输出模块。
[0009]进一步地，所述微波测速雷达还包括电源模块，与所述微波测速雷达的各个模块连接，外接12V的电压，用于将外接的电压转换成各个模块所需电压，为各个模块供电。
[0010]进一步地，所述微波测速雷达还包括监控芯片，与所述数字信号处理DSP芯片连接，用于监控所述数字信号处理DSP芯片的工作状态。
[0011 ] 进一步地，所述雷达微波模块由阵列天线和收发微带电路组成。
[0012]本实用新型通过雷达微波模块将被测目标的速度信息转换成多普勒频率信号，并将所述多普勒频率信号输出到所述信号处理模块，所述信号处理模块对所述多普勒频率信号进行数字处理、二值化处理和窗函数扫描，识别强天气环境干扰信号并滤除该强天气环境干扰信号，并将去除环境物质点信号后的多普勒频率信号转换成速度信息输出到所述数据输出模块，提高了微波测速雷达在恶劣环境下工作的稳定性及可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本实用新型实施例提供的微波测速雷达的结构图；
[0014]图2是本实用新型实施例提供的多普勒频率信号的频谱三维图；
[0015]图3是本实用新型实施例提供的多普勒频率信号二值化处理后的频谱三维图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
[0017]实施例
[0018]图1为本实用新型实施例提供的微波测速雷达的结构图，所述微波测速雷达包括雷达微波模块101、信号处理模块102和数据输出模块103。
[0019]其中，所述雷达微波模块101用于将被测目标的速度信息转换成多普勒频率信号，并将所述多普勒频率信号输出到所述信号处理模块。
[0020]在本实施例中，雷达微波模块的工作原理是:雷达发出固定频率的微波信号，再接收反射回来的微波信号。如果雷达发射波束中出现移动目标物相对于雷达有径向速度，发射的微波信号和反射的微波信号会出现频率差，称为多普勒频移。这个频移和移动的物体速度有对应关系，并且可以直接计算得到物体速度。
[0021]所述信号处理模块102与所述雷达微波模块101连接，用于对所述雷达微波模块输出的多普勒频率信号进行数字处理，获取数字处理后的多普勒频率信号的环境物质密度百分比，并根据所述环境物质密度百分比识别数字处理后的多普勒频率信号中的环境物质点信号，并将数字处理后的多普勒频率信号中环境物质点信号对应的频谱清零，并将去除环境物质点信号后的多普勒频率信号转换成速度信息输出到所述数据输出模块。
[0022]在本实施例中，采用低通滤波的方法对多普勒频率信号进行数字处理，以滤除多普勒频率信号中的高频噪声。对数字处理后的多普勒频率信号进行二值化处理以及利用窗函数扫描，获取数字处理后的多普勒频率信号的环境物质密度百分比，并根据环境物质密度百分比识别数字处理后的多普勒频率信号中的环境物质点信号。其中，环境物质密度百分比为大于预设幅度值的频点的占有率。
[0023]在本实施例中，对于幅度复杂波动的情况，可以采取简单的分类处理。高于某一幅度的为一类，低于此幅度的为另一类。这样的话，相当于将连续幅度转化为离散的两类，简称“二值化处理”。高于预设幅度值的可使用I代表，低于预设幅度值的可使用O代表。
[0024]所述数据输出模块103与所述信号处理模块102连接，用于接收所述信号处理模块输出的所述速度信息。
[0025]本实施例的技术方案，通过雷达微波模块将被测目标的速度信息转换成多普勒频率信号并将所述多普勒频率信号输出到所述信号处理模块，所述信号处理模块对所述多普勒频率信号进行数字处理、二值化处理和窗函数扫描，识别强天气环境干扰信号并滤除该强天气环境干扰信号，并将去除环境物质点信号后的多普勒频率信号转换成速度信息输出到所述数据输出模块，提高了微波测速雷达在恶劣环境下工作的稳定性及可靠性。
[0026]在上述技术方案的基础上，所述信号处理模块102包括低通滤波器1021、模拟数字转换器1022和数字信号处理(DSP)芯片1023 ；
[0027]其中，所述低通滤波器1021与所述雷达微波模块连接，用于对所述雷达微波模块输出的多普勒频率信号进行低通滤波，以滤除所述多普勒频率信号中的高频信号。
[0028]在本实施例中，雷达处理的多普勒频率是20KHz以内的信号，通过低通滤波器1021把大于20KHz的高频信号滤除。
[0029]所述模拟数字转换器1022与所述低通滤波器1021连接，用于将经过低通滤波器滤波得到的模拟信号转换成所述数字信号处理(DSP)芯片所需的数字信号。
[0030]在本实施例中，使用A/D模数转换器将模拟信号转换成DSP芯片可处理的数字信号。
[0031]所述数字信号处理(DSP)芯片1023与所述模拟数字转换器1022连接，用于获取所述模拟数字转换器转换后的数字信号的环境物质密度百分比，并根据所述环境物质密度百分比识别所述模拟数字转换器转换后的数字信号中的环境物质点信号，并将所述模拟数字转换器转换后的数字信号中环境物质点信号对应的频谱清零，并将经过去除环境物质点信号后的多普勒频率信号转换成速度信息。
[0032]在本实施例中，一帧一帧地获取所述模拟数字转换器转换后的数字信号的数据帧，判断获取到的数据帧的帧数是否达到预设帧数，当获取到的数据帧的帧数达到预设帧数时，将此时的各数据帧作为数据处理区域，并对数据处理区域进行二值化处理和窗函数扫描。利用二值化处理方法将数字信号特征进行转化，统计密度程度来判定是否为强天气情况。统计扫描窗内大于预设幅度值的频点的占有率即为环境物质密度百分比，其中所述占有率为大于预设幅度值的频点的个数与所有频点个数的比值。当环境物质密度百分比大于一定的值时，比如50%，则判定为环境物质点信号，并记录环境物质点信号的频点，可将环境物质点信号对应的频谱清零来滤除环境物质点干扰信号。
[0033]在本实施例中，扫描窗的条件有:⑴扫描窗的宽度a ;⑵扫描窗的长度b ； (3)扫描频点范围fl?f2 ; (4)扫描的方式是进行横向扫描，纵向更新。扫描窗的长度b为预设帧数，可以是300帧、400帧或者更多帧，扫描窗的宽度a可以是10*38Hz，扫描频点范围是6*38Hz?55*38Hz。也就是雷达每个中断周期内，将a*b扫描窗在每周期的横向扫描范围内，以步长为I的方式进行横向扫描。然后等下一个周期开始的时候进行数据更新，将最早的一组数据移出，新的一组数据移入。然后再进行扫描。本发明实施例提供的方法在每一个速度更新周期都会经历，也就是对于强天气干扰信号的监测是实时的。
[0034]在上述技术方案的基础上，所述数字信号处理DSP芯片1023包括去噪单元(未示出)、干扰信号识别单元(未示出)、干扰信号清除单元(未示出)和速度输出单元(未示出)；
[0035]其中，去噪单元与所述模拟数字转换器连接，用于对多普勒频率信号进行数字处理，滤掉高频噪声干扰信号；干扰信号识别单元与所述去噪单元连接用于获取去噪后的数字信号的数据帧；将获取到的全部数据帧作为数据处理区域，判断数据处理区域的帧数是否积累到预设帧数，若是，则选取对应环境物质点特征的扫描窗，并利用所述扫描窗对数据处理区域内的所述待处理雷达回波信号进行扫描；将扫描到的数据处理区域中在预设频率范围内的各频点的幅度值进行二值化处理，根据二值化处理结果获取环境物质密度百分比；根据所述环境物质密度百分比识别数据处理区域内的环境物质点信号，并记录所述环境物质点信号的频点；若否，则获取所述待处理雷达回波信号的新的数据帧，返回继续判断数据处理区域的帧数是否积累到预设帧数；所述干扰信号清除单元与所述干扰信号识别单元连接，用于将所述模拟数字转换器转换后的数字信号中环境物质点信号对应的频谱清零；速度输出单元与所述干扰信号清除单元连接，用于将去除环境物质点信号后的多普勒频率信号转换成速度信息，并将所述速度信息输出到所述数据输出模块。
[0036]在本实施例中，采用自适应加权滤波的方法对多普勒频率信号进行滤波，滤掉多普勒频率信号中的高频噪声。
[0037]在本实施例中，判断数据处理区域的帧数是否达到预设帧数；若是，则选取对应环境物质点特征的扫描窗，并利用所述扫描窗对数据处理区域内的所述待处理雷达回波信号进行扫描。当获取到的数据帧的帧数积累到预设帧数时，将此时的各数据帧作为数据处理区域，并对数据处理区域进行二值化处理和窗函数扫描。将扫描到的数据处理区域中在预设频率范围内的各频点的幅度值进行二值化处理，根据二值化处理结果获取环境物质密度百分比。利用二值化处理方法将雷达回波信号特征进行转化，统计密度程度来判定是否为强天气情况。统计扫描窗内大于预设幅度值的频点的占有率即为环境物质密度百分比，其中所述占有率为大于预设幅度值的频点的个数与所有频点个数的比值。根据所述环境物质密度百分比识别数据处理区域内的环境物质点信号，并记录所述环境物质点信号的频点。当环境物质密度百分比大于一定的值时，比如50%，则判定为环境物质点信号，并记录环境物质点信号的频点，可将环境物质点信号对应的频谱清零来滤除环境物质点干扰信号；若否，则获取所述待处理雷达回波信号的新的数据帧，返回继续判断数据处理区域的帧数是否达到预设帧数。
[0038]在本实施例中，以大雨天气为例:雨信号，车信号以及噪声的频谱三维图如图2所示，三个轴的坐标分别代表:横轴为频率点，纵轴为数据的帧序列，竖轴为信号幅度。分析三维图:从整体波形的幅度可以看出有两个谷峰，在帧序列100?150和200?250处，虚线标注为机动车，分别代表着两辆车。横坐标为I或2的，纵坐标持续着整个400帧，竖坐标幅度在5?6之间波动。这个代表着低频噪声。横坐标20?40，纵坐标持续着400帧，竖坐标幅度在5?6之间波动。这个代表着雨信号。图2中除上面所述信号的其余部分，均为平均噪声，幅度在4左右或更低。频谱呈现一定宽度的持续状态，幅度在一般噪声和最强幅度的机动车之间。将频谱进行完二值化处理以后，有可能被雷达捕获到的信号就凸显出来了，如图3所示。根据幅度坐标，可以知道高于预设幅度值的点，表示的是机动车和雨信号。选用一个代表雨特征的矩形扫描窗来锁住雨的信号，这样可以直接捕捉到下雨的信号而区别车辆信号。当扫描窗分别套住雨信号和机动车信号的时候，统计扫描窗内满足预设幅度值的频点的占有率即为环境物质密度百分比。当占有率达到一定百分比，例如50%，就可以判定为下雨的条件，如果少于限定百分比，有可能就是机动车的情况或者为噪声的情况。
[0039]在上述技术方案的基础上，所述微波测速雷达还包括电源模块104，与所述微波测速雷达的各个模块连接，外接12V的电压，用于将外接的电压转换成各个模块所需电压，为各个模块供电。
[0040]在上述技术方案的基础上，所述微波测速雷达还包括监控芯片105，与所述数字信号处理DSP芯片连接，用于监控所述数字信号处理DSP芯片的工作状态。
[0041 ] 在上述技术方案的基础上，所述雷达微波模块由阵列天线和收发微带电路组成。
[0042]本实用新型实施例提供的微波测速雷达可简单快速识别特殊信号干扰，可根据不同情况灵活调节参数，具有较强的可移植性，其环境适应性越强越会带动使用微波测速雷达的厂家在智能交通行业内的发展，同时也对城市交通建设智能化、科技化起到了促进的作用。本微波测速雷达可以在雷达现场进行整体配套方案的集成使用，统计使用结果，提高智能交通行业的环境适应性。
[0043]注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
【权利要求】
1.一种微波测速雷达，其特征在于，所述微波测速雷达包括雷达微波模块、信号处理模块和数据输出模块； 其中，所述雷达微波模块用于将被测目标的速度信号转换成多普勒频率信号，并将所述多普勒频率信号输出到所述信号处理模块； 所述信号处理模块与所述雷达微波模块连接，用于对所述雷达微波模块输出的多普勒频率信号进行数字处理，获取数字处理后的多普勒频率信号的环境物质密度百分比，其中，环境物质密度百分比为数字处理后的雷达回波信号中幅度值大于预设幅度值的频点的占有率，并根据所述环境物质密度百分比识别数字处理后的多普勒频率信号中的环境物质点信号，并将数字处理后的多普勒频率信号中环境物质点信号对应的频谱清零，并将去除环境物质点信号后的多普勒频率信号转换成速度信息输出到所述数据输出模块； 所述数据输出模块与所述信号处理模块连接，用于接收所述信号处理模块输出的所述速度信息。
2.根据权利要求1所述的微波测速雷达，其特征在于，所述信号处理模块包括低通滤波器、模拟数字转换器和数字信号处理DSP芯片； 其中，所述低通滤波器与所述雷达微波模块连接，用于对所述雷达微波模块输出的多普勒频率信号进行低通滤波，以滤除所述多普勒频率信号中的高频信号； 所述模拟数字转换器与所述低通滤波器连接，用于将经过低通滤波器滤波得到的模拟信号转换成所述数字信号处理DSP芯片所需的数字信号； 所述数字信号处理DSP芯片与所述模拟数字转换器连接，用于获取所述模拟数字转换器转换后的数字信号的环境物质密度百分比，并根据所述环境物质密度百分比识别所述模拟数字转换器转换后的数字信号中的环境物质点信号，并将所述模拟数字转换器转换后的数字信号中环境物质点信号对应的频谱清零，并将经过去除环境物质点信号后的多普勒频率信号转换成速度信息。
3.根据权利要求2所述的微波测速雷达，其特征在于，所述数字信号处理DSP芯片包括去噪单元，干扰信号识别单元，干扰信号清除单元和速度输出单元； 其中，去噪单元与所述模拟数字转换器连接，用于滤掉所述多普勒频率信号中的高频噪声； 干扰信号识别单元与所述去噪单元连接，用于获取去噪后的数字信号的数据帧；将获取到的全部数据帧作为数据处理区域，判断数据处理区域的帧数是否积累到预设帧数，若是，则选取对应环境物质点特征的扫描窗，并利用所述扫描窗对数据处理区域内的所述待处理雷达回波信号进行扫描，将扫描到的数据处理区域中在预设频率范围内的各频点的幅度值进行二值化处理，根据二值化处理结果获取环境物质密度百分比，根据所述环境物质密度百分比识别数据处理区域内的环境物质点信号，并记录所述环境物质点信号的频点；若否，则获取所述待处理雷达回波信号的新的数据帧，返回继续判断数据处理区域的帧数是否积累到预设帧数； 所述干扰信号清除单元与所述干扰信号识别单元连接，用于将所述干扰信号识别单元识别出的环境物质点信号对应的频谱清零； 所述速度输出单元与所述干扰信号清除单元连接，用于将去除环境物质点信号后的多普勒频率信号转换成速度信息，并将所述速度信息输出到所述数据输出模块。
4.根据权利要求2所述的微波测速雷达，其特征在于，所述微波测速雷达还包括电源模块，与所述微波测速雷达的各个模块连接，外接12V的电压，用于将外接的电压转换成各个模块所需电压，为各个模块供电。
5.根据权利要求2所述的微波测速雷达，其特征在于，所述微波测速雷达还包括监控芯片，与所述数字信号处理DSP芯片连接，用于监控所述数字信号处理DSP芯片的工作状态。
6.根据权利要 求2-5中任一所述的微波测速雷达，其特征在于，所述雷达微波模块由阵列天线和收发微带电路组成。
【文档编号】G01S7/36GK203759242SQ201420054697
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月28日 优先权日:2014年1月28日
【发明者】王东峰, 庞宏杰, 任磊 申请人:北京川速微波科技有限公司