一种雷达测速系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种雷达测速系统，属于车辆测速抓拍领域，包括：雷达测速装置、低照度抓拍装置、控制器、通信装置和中心服务器，所述雷达测速装置和低照度抓拍装置均与所述控制器耦合，所述控制器与所述通信装置耦合，所述通信装置与所述中心服务器耦合。通过雷达测速装置和低照度抓拍装置能够在自然光照强度不足的环境下，对违章车辆抓拍，并将违章车辆的牌照等信息以及车速通过通信装置发送至中心服务器。
【专利说明】
一种雷达测速系统
技术领域
[0001] 本实用新型涉及车辆测速抓拍领域，具体而言，涉及一种雷达测速系统。
【背景技术】
[0002] 交通的智能化管理，需要依靠实时动态地检测交通信息完成，车辆信息的检测直 接影响交通系统的性能和状态。因此，在整个智能交通监控系统中，车辆检测器是最重要也 是最不可缺少的组成部分。目前，在交通管理环境中车辆运动电子测速系统主要包括电磁 感应测速系统、视频测速系统和雷达测速系统。其中，电磁感应测速系统根据车辆经过平行 线圈的速度来判断是否超速，并摄像取证。该检测方法的缺点是感应线圈地面埋设的施工 量大，路面一旦变更则需重埋线圈，在高炜度开冻期和低炜度夏季路面以及路面质量不好 的地方，其线圈的维护工作量巨大;视频测速系统是通过对连续视频图像的分析，跟踪违章 车辆行为的过程，通过分析控制拍照设备进行违章抓拍。其缺点是对移动车辆的鉴别有一 定的困难。另外，视频技术受光线，天气影响；雷达测速系统是根据接收到的反射波频移量 的计算而得出被测物体的运动速度，配合摄像机抓拍取证。具有不易受外界因素干扰、安装 维护方便快捷等特点。
[0003] 如上所述，这三类车辆运动电子测速系统除自身的缺点外，均有一个共同的缺陷， 即为了适应夜间使用需配备环境补光灯和抓拍闪光灯，而闪光灯（白光)在一些特殊的环境 (如遂道)是不允许使用的，因为强光对驾驶员的刺激更易造成交通事故。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的目的在于提供一种雷达测速系统，以解决上述的问题。
[0005] 第一方面，本实用新型提供的一种雷达测速系统，应用于自然光照强度不足的场 景中的车辆测速，包括:雷达测速装置、低照度抓拍装置、控制器、通信装置和中心服务器， 所述雷达测速装置和低照度抓拍装置均与所述控制器耦合，所述控制器与所述通信装置耦 合，所述通信装置与所述中心服务器耦合。
[0006] 优选地，所述雷达测速装置包括雷达信号收发模块和雷达信号采集处理模块，所 述雷达信号收发模块与所述雷达信号采集处理模块耦合，所述雷达信号采集处理模块与所 述控制器耦合。
[0007]优选地，所述雷达信号收发模块包括波形发生器、压控振荡器、功率放大器、信号 发射天线、信号接收子模块和混频子模块，所述波形发生器与所述压控振荡器耦合，所述压 控振荡器与所述功率放大器耦合，所述功率放大器分别与所述信号发射天线和混频子模块 耦合，所述混频子模块与所述雷达信号采集处理模块耦合。
[0008]优选地，所述雷达信号收发模块还包括选择器，所述混频子模块与所述选择器耦 合，所述选择器与所述雷达信号采集处理模块耦合。
[0009]优选地，所述信号接收子模块包括第一接收天线和第二接收天线，所述混频子模 块包括第一混频器和第二混频器，所述第一接收天线与所述第一混频器耦合，所述第二接 收天线与所述第二混频器耦合，所述第一混频器和第二混频器均与所述选择器耦合。
[0010]优选地，所述雷达信号采集处理模块包括中频信号处理模块、模数转换模块和处 理器，所述雷达信号收发模块与所述中频信号处理模块耦合，所述中频信号处理模块与所 述模数转换模块耦合，所述模数转换模块与所述处理器耦合，所述处理器与所述控制器耦 合。
[0011] 优选地，所述处理器为FPGA芯片。
[0012]优选地，所述波形发生器为三角波发生器。
[0013] 优选地，所述低照度抓拍装置包括图像采集装置和图像处理装置，所述图像采集 装置与所述图像处理装置耦合，所述图像处理装置与所述控制器耦合。
[0014] 优选地，所述通信装置包括光纤传输模块或移动通信模块。
[0015] 本实用新型实施例所提供的低照度抓拍装置的具有高清晰（多400万像素)和低照 度(0.0003-0.1LUX)摄像的特点，能够在自然光照强度不足的环境下采集高清晰的图像，而 本实用新型的雷达测速装置能够自动检测到有物体接近并测量物体的运动速度和运动方 向，实时监测车辆的车速，因此，通过雷达测速装置和低照度抓拍装置能够在自然光照强度 不足的环境下，对违章车辆抓拍，并通过图像处理算法将违章车辆的牌照等信息通过通信 装置发送至中心服务器，中心服务器可以起到一个监控作用。
[0016] 本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中 变得显而易见，或者通过实施本实用新型实施例而了解。本实用新型的目的和其他优点可 通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
[0017] 为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的 一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这 些附图获得其他的附图。通过附图所示，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加 清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按实际尺寸等比例缩放绘 制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。
[0018] 图1示出了本实用新型实施例提供的一种隧道雷达测速系统的模块框图；
[0019] 图2示出了本实用新型实施例提供的雷达测速装置的模块框图。
【具体实施方式】
[0020] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0021] 为了避免现有的测速系统在自然光照强度不足等环境中，闪光灯以及环境补光灯 对驾驶员的眼睛的刺激而造成的交通事故，本实用新型实施例提供了一种雷达测速系统， 如图1所示，包括:雷达测速装置101、低照度抓拍装置102、控制器103、通信装置104和中心 服务器105,所述雷达测速装置101和低照度抓拍装置102均与所述控制器103耦合，所述控 制器103与所述通信装置104耦合，所述通信装置104与所述中心服务器105耦合。
[0022] 所述雷达测速装置101用于在有车辆靠近时，采集车辆的车速、运动方向以及车辆 与雷达测速装置101之间的距离，例如，所述雷达测速装置101可以是基于多普勒效应的电 磁波测速装置。
[0023] 所述低照度抓拍装置102用于在自然光照强度不足的场景抓拍靠近雷达测速装置 101的车辆，根据图像处理算法获取采集的图像内的车牌照等信息。例如，所述低照度抓拍 装置102可以是一个400万像素和暗光级为0.0003-0.1LUX的低照度摄像机。
[0024] 因此，通过雷达测速装置101和低照度抓拍装置102能够在自然光照强度不足的环 境下，对违章车辆抓拍，并将违章车辆的牌照等信息以及车速通过通信装置104发送至中心 服务器105。
[0025] 通信装置104能够根据数据传输的实时性、稳定性、安全性要求，实时传输被监测 车辆的运行图像到中心服务器105,当有车辆出现超速和其它违法情况时，传输违法车辆照 片和有关信息到中心服务器105,并触发中心服务器105报警开关通知中心监控人员。前端 与中心服务器105的数据传输采用光纤专网传输方式。在专网传输发生故障时，由前端硬盘 录像机、移动硬盘、SD卡等工具记录相关信息，当网络正常时将前端数据补传到中心服务器 105,也可通过行移动4G网络将车辆违法信息和照片传输到中心服务器105,或通过前端无 线通讯接口将数据提取到笔记本电脑。
[0026]中心服务器105可通过光纤专网或移动4G操控前端设备，笔记本电脑、手机可通过 该模块的无线接口操控前端设备。
[0027]另外，所述中心服务器105可以是远程服务器，所述中心服务器105包括中心数据 库服务器和中心管理软件。
[0028]中心数据库服务器的主要功能是完成上传数据的存贮和处理。数据库服务器作为 各监测点抓拍车辆信息文本信息、用户信息、违法嫌疑车辆报警信息等相关信息的集中统 一存储管理的地方。
[0029]中心管理系统是一个典型的局域网系统，包括交换机、防火墙、专用的文件服务 器、数据库服务器、视频服务器、硬盘录像机、录入终端、处理终端、管理终端和查询终端、打 印机等。处理中心系统可将违法信息并入公安部统一的"道路交通违法信息管理系统"和 "车驾管"业务系统平台，并自动进行信息发布、布控和撤控。
[0030] 优选地，所述雷达测速装置101的具体结构可以如图2所示，所述雷达测速装置101 包括:雷达信号收发模块和雷达信号采集处理模块，所述雷达信号收发模块与所述雷达信 号采集处理模块耦合，所述雷达信号采集处理模块与所述控制器103耦合。
[0031] 其中，所述雷达信号收发模块包括波形发生器201、压控振荡器202、功率放大器 203、信号发射天线204、信号接收子模块和混频子模块，所述波形发生器201与所述压控振 荡器202耦合，所述压控振荡器202与所述功率放大器203耦合，所述功率放大器203分别与 所述信号发射天线204和混频子模块耦合，所述混频子模块与所述雷达信号采集处理模块 耦合。
[0032] 所述波形发生器201用于产生调制波，经过压控振荡器202的频率调节后，再经过 功率放大器203的放大后，一部分输入混频子模块，另一部分由信号发射天线204发射。 [0033]信号发射天线204输出的电磁波经过物体反射后由信号接收子模块接收，信号接 收子模块将接收的信号输入混频子模块，混频子模块将发射信号和接收信号混频后，由雷 达信号采集处理模块通过预置算法进行计算处理，得到物体与雷达的具体以及物体的车速 和运动方向。
[0034]优先地，所述雷达信号收发模块还包括选择器209,所述信号接收子模块包括第一 接收天线205和第二接收天线206,所述混频子模块包括第一混频器207和第二混频器208， 所述第一接收天线205与所述第一混频器207耦合，所述第二接收天线206与所述第二混频 器208耦合，所述第一混频器207和第二混频器208均与所述选择器209耦合，所述雷达信号 采集处理模块包括中频信号处理模块210、模数转换模块211和处理器212,所述雷达信号收 发模块与所述中频信号处理模块210耦合，所述中频信号处理模块210与所述模数转换模块 211耦合，所述模数转换模块211与所述处理器212耦合，所述处理器212与所述控制器103耦 合。
[0035] 所述波形发生器201为三角波发生器，所述处理器212为FPGA芯片。
[0036]本实用新型实施例通过快速傅里叶变换(FFT)算法对雷达信号收发模块输出的信 号进行处理，数字FFT型处理器的实现方式主要有两种，一是用DSP实现，二是用FPGA实现。 [0037] DSP是20世纪80年代推出的一种专用处理器，DSP虽然具有强大的处理能力，但是 在处理大数据量、高带宽、高实时性的信号时还是显得力不从心，这也是由其基于通用处理 器的硬件特点决定的。高速海量数据信号处理如通信、雷达信号的FFT、滤波等往往需要高 的输入输出（I/O)带宽和大最的乘法、加法器、移位等运算。而DSP的I/O带宽有限，限制了数 据的读取速度，乘法器等数目很少，导致每个指令周期只能进行1-2次乘法运算，这两方而 的因素使得DSP处理速度较慢，不适合用于高速海量数据的处理。
[0038]与DSP不同，FPGA基于可编程的硬件电路，它集成了大量的触发器、乘法器、存储 器、I/O接口等资源，实际电路结构可以根据实际需要和设计者的意图进行灵活变化。在低 速处理时，FPGA可以设计成占用资源少的串行处理方式。在需要高速、高带宽数字信号处理 时，FPGA可以充分利用内部的海量资源，加大I/O带宽和时钟频率以提供并行读写、增大数 据读写速度;设计多个乘法器进行并行处理可以在FFT和数字滤波等需要大量乘加运算时 提高处理速度，例如设计一个100个系数的有限长冲击响应(FLR)滤波器，利用处理器实现 的全并行结构可以在一个时钟周期输出一个运算结果，具体的最高速度因使用的FPGA等级 而异，但目前的低端型号也能达到l〇〇MHz-150MHz的速度。
[0039]雷达测速装置101利用三角波作为调制波，控制压控振荡器202(VC0)输出，经过功 率放大器203放大后将一部分本振信号通过信号发射天线204向外发射，分布在不同位置的 第一接收天线205和第二接收天线206接收到反射回来的雷达信号后，第一混频器207将第 一接收天线205接收的信号与功率放大器203输出的另一部分本振信号混频，第二混频器 208将第二接收天线206接收的信号与功率放大器203输出的另一部分本振信号混频，混频 信号经过选择器209分时的进入中频信号处理模块210进行放大、滤波处理后，得到稳固、准 确的回波差拍信号，然后差拍信号经过模数转换模块211变成数字信号，处理器212采集到 数字信号后，将数字信号经过离散傅立叶变换的快速算法(FFT)变换到频率域，先根据回波 信号的功率强度检测到目标，再根据差拍信号频率和目标距离的关系，利用回波差拍信号 分别计算出目标的距离，便可计算出目标的位置信息和运动方向。计算出该信息后，便可将 结果送至后续模块进行智能分析控制使用。
[0040] 当雷达测速系统初始化时，雷达信号收发模块开始工作，由第一接收天线205和第 一混频器207构成的第一接收模块，以及由第二接收天线206和第二混频器208构成的第二 接收模块，这两路接收模块分别将回波差拍信号通过中频处理模块放大、滤波，通过处理器 212将信号采样后，输送给处理器212,处理器212通过相应的计算公式首先判断是否有目 标，如果有目标则计算目标的速度、运动方向、距离和角度等位置信息，然后将结果输出，以 供后续设备的读取分析。
[0041] 优选地，所述中频信号处理模块210可以是一个滤波放大电路，中频信号处理模块 210和模数转换模块211的作用是将微波组件中的混频信号通过放大滤波之后转换成数字 信号输入FPGA。FPGA将用于FFT处理的原始数据作为一帧存数在RAM中，供给FFT运算。
[0042]本实用新型实施例中，采用多普列原理对输入FPGA的信号进行处理，以得到物体 的速度和与雷达的距离，具体的计算方式如下：
[0043]根据多普列原理，在连续波体制下，发射信号可表示为：
[0045] 式中ω〇为发射角频率，φ为初相，A为振幅。
[0046] 由目标反射的回波信号Sr(t)为：
[0048]式中tr = 2R/c为回波滞后于发射信号的时间，R为目标和雷达站间的距离，c为电 磁波传播速度，它等子光速。K为回波的衰减系数。
[0049]如果目标固定不动，则距离R为常数。回波与发射信号之间有固定相位差ω Qtr = 2JI f02R/c = 2VA · 2R，它是电磁波往返雷达与目标之间所产生的相位滞后。
[0050] 当目标与雷达之间有相对运动时，则距离R随时间变化。设目标以匀速相对雷达运 动，则在时间t时刻目标与雷达站间的距离R(t)为：
[0051] R(t) =R〇-vrt (3)
[0052] Ro为t = 0时的距离，vr为目标相对雷达站的径向运动速度。
[0053] 式(2)表明，在t时刻接收到的波形s(t)上的某点，是在t-tr时刻发射的。
[0054] 由于通常雷达和目标间的相对运动速度Vr远小于电磁波速度C，故时延tr可近似写 为：
[0055] tr = 2R(t)/c = 2/c*(R〇-Vrt) (4)
[0056] 回波信号比起发射信号来，高频相位差为：
[0058]是时t的函数，在速度vr为常数时，产生的频率差为：
[0060] fd就是多普勒频率，它正比于相对运动的速度而反比于工作波长λ。当目标驶向雷 达时，多普勒频率为正值，接收信号频率高于发射信号频率，而当目标背离雷达行驶时，多 普勒频率为负值，接受信号频率低于发射信号频率。由式(6)可以看出，只要得出多普勒频 率fd就可以求的目标速度v r。
[0061]因此，发射信号与回波信号之间的时延不同，相对应的差拍信号的频率也不相同。 根据所得到的差拍信号的频率，可以判断出回波数量，从而判断目标的数量，并计算出这些 目标和雷达之间的距离。
[0062]优选地，本实用新型实施例中，所述低照度抓拍装置102通过预设的图像处理算法 对采集的图像进行处理，具体的实施方式可以是：
[0063]低照度抓拍装置102包括低照度摄像机和处理模块，处理模块包括:视频输入管理 模块、车辆检测模块。首先通过视频输入管理模块得到需要的最佳质量的视频图像，对获取 的每一帧图像，对行驶中的车辆的车牌进行定位和跟踪，从中自动提取车牌图像，然后经过 车牌精确定位、切分和识别模块准确地自动分割和识别字符，得到车牌的全部字符信息以 及颜色和类别信息。另外通过车辆检测模块，可以鉴别出无牌车辆并输出结果。通过查询违 法数据库得到车辆的违法信息，显示违法车辆的相关信息，同时现场报警。通过查询征稽数 据库得到车辆的征稽信息，显示欠费车辆的相关信息，同时现场报警。另外，系统通过在线 学习新技术，对各识别模块进行动态的调整，使得车牌识别能够自动适应各种应用环境变 化。
[0064] 另外，还具有图像合成模块，该模块的功能是将采集到的高清视频和抓拍的违法 照片与被测车辆相关信息(车牌号、速度、时间、位置、轨迹等)进行图像叠加。
[0065] 本实用新型实施例中，所述控制器103能够将采集的车辆图像信息和车速信息打 包后通过通信装置104发送至中心服务器105。
[0066]本实用新型实施例中，可以由控制器103实施图像处理的过程和雷达信号的处理 过程，当然，也可以是雷达测速装置101和低照度抓拍装置102均具备数据处理模块，以分别 实现雷达信号的处理和图像处理，在此不限定。
[0067] 可以理解的是，本实用新型可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例 如:个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于 微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括 以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
[0068] 本实用新型可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如 程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对 象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本实用新型，在这些分布式计算 环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序 模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
[0069]需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实 体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存 在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语"包括"、"包含"或者其任何其他变体意在涵盖 非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要 素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备 所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句"包括一个……"限定的要素，并不排除在 包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0070]以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本 领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种雷达测速系统，其特征在于，应用于自然光照强度不足的场景中的车辆测速，包 括:雷达测速装置、低照度抓拍装置、控制器、通信装置和中心服务器，所述雷达测速装置和 低照度抓拍装置均与所述控制器耦合，所述控制器与所述通信装置耦合，所述通信装置与 所述中心服务器耦合。2. 根据权利要求1所述的雷达测速系统，其特征在于，所述雷达测速装置包括雷达信号 收发模块和雷达信号采集处理模块，所述雷达信号收发模块与所述雷达信号采集处理模块 耦合，所述雷达信号采集处理模块与所述控制器耦合。3. 根据权利要求2所述的雷达测速系统，其特征在于，所述雷达信号收发模块包括波形 发生器、压控振荡器、功率放大器、信号发射天线、信号接收子模块和混频子模块，所述波形 发生器与所述压控振荡器耦合，所述压控振荡器与所述功率放大器耦合，所述功率放大器 分别与所述信号发射天线和混频子模块耦合，所述混频子模块与所述雷达信号采集处理模 块親合。4. 根据权利要求3所述的雷达测速系统，其特征在于，所述雷达信号收发模块还包括选 择器，所述混频子模块与所述选择器耦合，所述选择器与所述雷达信号采集处理模块耦合。5. 根据权利要求4所述的雷达测速系统，其特征在于，所述信号接收子模块包括第一接 收天线和第二接收天线，所述混频子模块包括第一混频器和第二混频器，所述第一接收天 线与所述第一混频器耦合，所述第二接收天线与所述第二混频器耦合，所述第一混频器和 第二混频器均与所述选择器耦合。6. 根据权利要求2-5的任一所述的雷达测速系统，其特征在于，所述雷达信号采集处理 模块包括中频信号处理模块、模数转换模块和处理器，所述雷达信号收发模块与所述中频 信号处理模块耦合，所述中频信号处理模块与所述模数转换模块耦合，所述模数转换模块 与所述处理器耦合，所述处理器与所述控制器耦合。7. 根据权利要求6所述的雷达测速系统，其特征在于，所述处理器为FPGA芯片。8. 根据权利要求3-5的任一所述的雷达测速系统，其特征在于，所述波形发生器为三角 波发生器。9. 根据权利要求1所述的雷达测速系统，其特征在于，所述低照度抓拍装置包括图像采 集装置和图像处理装置，所述图像采集装置与所述图像处理装置耦合，所述图像处理装置 与所述控制器耦合。10. 根据权利要求1所述的雷达测速系统，其特征在于，所述通信装置包括光纤传输模 块或移动通信模块。
【文档编号】G01S13/92GK205643703SQ201620286601
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】张平
【申请人】四川巡天揽胜信息技术有限公司