基于微波的路口存在检测方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能交通技术领域，尤其涉及基于微波的路口存在检测方法及系统。
【背景技术】
[0002] 随着城市化进程的逐步加快，城市道路交通问题己经成为中国各大城市共同面对 的难题。交叉路口作为城市道路的交汇点，在道路网和交通流中起着十分重要的作用。如何 充分利用现有的道路资源，通过智能信号控制系统提高交叉路口的通过能力、降低延迟时 间一直是交通工程领域重要的研究课题。国外发达城市的实践经验表明，交通问题不是单 单靠修路、扩大交通容量就能解决的，道路容量的增加永远也跟不上交通需求的增长。在现 有道路条件下，采用智能交通信号控制系统，有效使用现有的交通设施，充分发挥其能力， 是解决交通问题的有效方法。
[0003] 如图1所示，采用存在信息检测的智能交通系统从功能模块上可以划分为三个模 块：
[0004] 存在信息是指，在路口的每个车道上有一组线圈，路口存在信息检测器检测每一 辆车通过一定区域内的时间，并将检测时间提供给信号控制系统，存在信息检测准确度将 决定信号控制系统的有效性。
[0005] 交叉路口存在信息检测器可以划分为磁频、视频车辆检测器两种存在信息检测方 式。
[0006] 基于磁频的车辆检测技术是基于电磁原理进行车辆检测的，通过检测磁场强度的 变化来判断是否有车辆存在或通过，主要包含环形线圈检测器、地磁车辆检测器。
[0007] 环形线圈车辆检测器:一种基于电磁感应原理的检测器，当车辆通过通有一定电 流的环形线圈或停止在其上时，铁质车身切割磁力线，引起线圈回路电感量的变化，检测器 通过检测该电感变化量就可以检测出车辆的存在，这是目前国内外应用最广泛的车辆检测 设备。
[0008] 此种方式存在缺点：现场安装施工非常繁琐，安装时需要封路，对路面破坏严重， 使用过程中容易被重型或者普通汽车反复碾压造成损害，产品使用寿命短，后期维护成本 高，检测参数单一，检测区域为一个断面检测，检测区域非常狭小，经济效益费用比非常低。 [0009]地磁车辆检测器:采用检测的原理是当车辆位于或通过检测区域时，将引起地磁 场的变化，由此实现车辆的存在或通过检测器。
[0010]此种方式存在缺点：现场安装施工较繁琐，安装时需要封路，会对路面造成破坏， 由于内部采用充电电池供电，所以使用寿命短，检测参数单一，检测区域为一个断面检测， 检测区域非常狭小，经济效益费用比非常低。
[0011]基于视频的车辆检测技术能够通过非物理手段检测到是否有通过车辆，是一种利 用视频图像进行车辆检测的交通检测技术。视频车辆检测，是采用摄像机作为检测装置，通 过检测车辆进入检测区时视频图像某些特征的变化，从而得知车辆的存在，并以此来检测 交通流参数获取车辆的特征信息。它涉及计算机图像处理、模式识别、信号处理和信号融合 等技术。视频检测技术对于图像识别实时性要求非常高，复杂背景下车辆检测和视频的准 确率非常低，例如，在夜晚和比较昏暗、雾霾严重情况下、下大雨、下大雪等恶劣天气下视频 检测技术无法进行检测，所以此设备无法进行全天候进行检测。
【发明内容】
[0012] 本发明提供了一种基于微波的路口存在检测方法，包括如下步骤：
[0013] 交通参数设置步骤，设定雷达检测覆盖区域；
[0014] 道路交通背景学习步骤，雷达对检测环境背景进行学习；
[0015]道路背景噪声抑制步骤包括如下步骤：
[0016] (1).波束扫描一个周期生成一个二维功率位图；
[0017] (2).将步骤(1)中的二维功率位图与背景功率位图进行相减；
[0018] (3).判断是否存在目标，若是，那么执行步骤(4)，否则执行步骤(1);
[0019] (4).根据散射中心功率点的中心差频值进行径向距离与速度计算；
[0020]计算步骤，计算各个目标的RCS值；
[0021 ]建立坐标系统步骤，以雷达为中心点建立坐标系；
[0022]车型分类步骤，根据被检测目标的雷达反射截面积RCS进行目标分类；
[0023]跟踪处理步骤，对检测区域内各个离散目标点进行跟踪处理从而完成对区域内目 标轨迹的重建；
[0024] 信息输出步骤，输出检测区域内各个目标信息；
[0025] 在所述信息输出步骤中包括如下步骤：
[0026] (a).判断是否有目标进入检测区域，若是，那么执行步骤(b)，否则继续执行步骤 (a)；
[0027] (b).时钟开始计时，并判断车辆是否离开检测区域，若是，那么执行步骤(c)，否则 继续执行步骤(b);
[0028] (c).计时结束，并且将车辆存在数据信息输出。
[0029] 本发明的有益效果是:相比于传统存在检测设备环境适应性不高、可靠性较差，后 期维护成本过高等问题，本发明针对现有检测设备的缺陷提出一种基于微波(毫米波)方式 的能够在全天候运行，具备高精度、高可靠性、高经济效益费用比、安装简便的一种存在检 测方法，能够快速、准确的对路口存在息进行检测。
【附图说明】
[0030] 图1是【背景技术】的原理图。图2是连续线性调频波原理图。图3是FMCW雷达在有速度 存在时的回波信号示意图。图4是在没有车辆的检测环境下雷达通过某一个波束得到功率 谱图。图5是有车辆的检测环境下雷达通过某一个波束得到功率谱图。图6是生成的背景二 维功率图。图7是雷达应用于路口模式下的示意图。图8是背景噪声抑制流程图。图9是对离 散目标进行跟踪处理流程图。图10是针对当前目标制定目标下一周期预估区域示意图。图 11是对第二周期离散目标进行跟踪匹配示意图。图12是对检测区域内的目标持续跟踪形成 轨迹示意图。图13是定周期平均速度统计流程图。图14是扫描式天线波形发射图，其中的一 个实施例。图15是扫描式天线波形发射图，其中的另一个实施例。图16是天线与射频模块原 理框图。图17是本发明的方法流程图。
【具体实施方式】
[0031] 本发明针对现有检测设备的缺陷，以及智能交通信号控制系统对前端检测系统的 要求，提出一种基于微波方式的能够在全天候、高精度、高可靠性、安装简便的基于微波的 路口存在检测方法及系统。
[0032] 检测媒介:本发明采用毫米波作为检测媒介，由于毫米波频段是介于电波和光波 之间的特殊频段，具备光学的探测精度和电波的全天候工作特性，其环境适应性以及设备 后期维护性要远远优于其他频段的检测设备，同时，传感器本身由于采用毫米波段，所以天 线尺寸很小，传感器本身也很小，对以后装置在现场施工安装也很方便和简单。
[0033]如图17所示，本发明的基于微波的路口存在检测方法包括如下步骤：
[0034] 交通参数设置步骤，设定雷达检测覆盖区域，此项工作由雷达设备安装人员通过 雷达配置软件来完成。
[0035] 待设定雷达检测覆盖区域之后，波束对检测区域内进行扫描。并且雷达通过一个 窄波束在检测区域内进行扫描。
[0036]道路交通背景学习步骤，雷达对检测环境背景进行学习，即由工程人员对检测区 域内没有任何车辆时进行环境背景学习。
[0037]微波波束调制方式:本发明的雷达采用调频连续波体制，采用对称三角波调制，其 工作原理如图2所示，发射信号的频率为对称三角波调制，发射信号幅度不变，在一个周期T 内，信号的频率为：
[0040]因此，在一个周期内，发射信号的上下扫频段可表示为：
[0043]其中，A为信号幅度(备注:表示回波的能量值）；fQ为信号有效中心频率；AF为信 号有效带宽;u = 2 △ F/T为调频系数;T为三角波周期;为初始相位。在有效的信号周期内， 信号回波为：
[0046] 其中，AT = 2R/C;R为目标距离;C为光速。
[0047]在有效信号周期内-(T/2_ATHt〈0 & AT<t〈T/2内，将公式2和公式3的瞬时相 位相减，可得到发射信号与回波信号混频所得的差频信号的瞬时相位为：
[0051] 由公式5可以知道，目标的距离和差频信号频率成正比，因此只要测得输出中频信 号的频率，就可以计算出目标的距离，以上为目标静止的情况，若目标以速度为 v沿着雷达 波束径向运动，将会使雷达回波增加多普勒频移fd，该多普勒频移使得回波的频率一时间 曲线升高或降低，从而导致一部分差频上增加了一个多普勒频移，另一部分差频上减少了 一个多普勒频移，如图3所示。
[0052] 如果目标临近雷达，则在调频周期内的差频为：
[0053] fb+ = fm_fd 上扫频段
[0054] fb-= fm+fd下扫频段...........................公式6
[0055] 目标的距离和速度信息则可由公式7与公式8计算得到：
[0058]由公式7可见，只要测得输出差频信号的平均频率，即可得到目标距离。如果要测 得目标速度，则须分别测得上下扫频段输出的差频信号，如公式8所示。
[0059]根据模糊函数推导，三角波调频连续波的距离分辨率和速度分辨率为：
[0062] 雷达通过每个角度轮流接收获得每个角度范围的功率谱。由于车辆外壳均为金属 材料，而普通公路采用的材料为柏油与水泥等，车辆的反射功率值要远高于公路