基于微波的智能交通行为感知装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及交通设备技术领域，尤其涉及基于微波的智能交通行为感知装 置。
【背景技术】
[0002] 交通是城市之命脉，它是城市经济和民众生活中最为重要的基础性设施，它是关 系国计民生的社会公益事业，与市民群众的生产生活紧密相关，其发展状况良好与否直接 关系到群众正常生活，因而也成为市民群众们最关心、最直接的问题之一，对城市稳定、可 持续的发展和人民生活水平的提高发挥着重要的作用。改革开放三十年来，随着我国经济 社会的迅猛发展、城市人口规模的逐渐扩大，机动车保有量出现高速增长的态势，现有路网 规模已难以满足日益增长的交通需求，致使城市交通事故频发、交通拥堵状况越发严峻、环 境污染严重等一系列问题成为当前全国各城市亟需治理的严重问题，同时也是困扰城市发 展、制约城市经济建设的重要因素。
[0003]智能交通系统是交通系统的发展方向，它是将先进的信息技术、数据通信传输技 术、电子传感技术、控制技术及计算机技术等有效地集成运用于整个地面交通管理系统，而 建立的一种在大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高效的综合交通运输管理系统。智 能交通系统可以有效利用现有交通设施、减少交通负荷、保证交通安全、提高运输效率、减 少环境污染，智能交通系统是有效改善并解决我国现有城市交通问题的重要手段。
[0004] 交通信息采集单元在智能交通系统中占有重要的地位，是实现智能交通控制与管 理的基础设施。通过不同的检测技术实时获取道路上交通流量、车速、交通密度和时空占有 率等交通参数，为监控中心分析、判断、发出信息和优化控制方案提供依据。交通信息检测 器及其检测技术水平直接影响到道路交通监控系统的整体运行管控水平。
[0005] 目前通过智能交通行为感知装置进行交通信息采集，但是目前的智能交通行为感 知装置存在安装麻烦、设备复杂，而且目前的检测设备存在环境适应性不高、可靠性较差， 后期维护成本过高等缺陷。 【实用新型内容】
[0006] 为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种基于微波的智能交通行为感 知装置。
[0007] 本实用新型提供了一种基于微波的智能交通行为感知装置，包括阵列天线模块和 射频模块，所述阵列天线模块包括发射天线和多路接收天线，所述发射天线和所述多路接 收天线均与所述射频模块相连。
[0008] 作为本实用新型的进一步改进，所述阵列天线模块中的天线采用扫描式天线。
[0009] 作为本实用新型的进一步改进，所述接收天线为36路。
[0010] 作为本实用新型的进一步改进，所述射频模块包括本振模块、第一低噪声放大器， 所述第一低噪声放大器一端与所述本振模块相连，所述第一低噪声放大器另一端与所述发 射天线相连。
[0011] 作为本实用新型的进一步改进，所述射频模块包括依次相连的单片微波集成电 路、第二低噪声放大器、低通滤波器、模数转换器、数字信号处理单元，所述接收天线与所述 单片微波集成电路相连。
[0012] 作为本实用新型的进一步改进，所述第一低噪声放大器一端连接于所述第二低噪 声放大器和所述低通滤波器之间。
[0013] 作为本实用新型的进一步改进，该智能交通行为感知装置还包括雷达数据处理模 块，所述射频模块与所述雷达数据处理模块相连。
[0014] 本实用新型的有益效果是：本实用新型的基于微波的智能交通行为感知装置能够 在全天候运行，具备高精度、高可靠性、大区域检测、高经济效益费用比、安装简便等技术优 势，而且该智能交通行为感知装置结构简单，利于推广应用。
【附图说明】
[0015] 图1是本实用新型的原理框图。
[0016] 图2是连续线性调频波原理图。
[0017] 图3是FMCW雷达在有速度存在时的回波信号示意图。
[0018] 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。
[0019] 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。
[0020] 图6是生成的背景二维功率图。
[0021] 图7是雷达应用于路口模式下的示意图。
[0022] 图8是背景噪声抑制流程图。
[0023] 图9是对离散目标进行跟踪处理流程图。
[0024] 图10是定周期交通流量统计流程图。
[0025] 图11是定周期平均速度统计流程图。
[0026] 图12是定周期时间占有率统计流程图。
[0027] 图13是定周期排队长度统计流程图。
[0028] 图14是定周期区域车辆数统计流程图。
[0029] 图15是违章停车检测流程图。
[0030] 图16是交通逆向行驶事件计算流程图。
[0031] 图17是方法流程图。
【具体实施方式】
[0032] 如图1所示，本实用新型公开了一种基于微波的智能交通行为感知装置，该基于 微波的智能交通行为感知装置包括阵列天线模块和射频模块，所述阵列天线模块包括发射 天线1和多路接收天线，所述发射天线1和所述多路接收天线均与所述射频模块相连。
[0033] 所述阵列天线模块中的天线采用扫描式天线。
[0034] 所述接收天线为36路。
[0035] 所述射频模块包括本振模块2、第一低噪声放大器3,所述第一低噪声放大器3 - 端与所述本振模块2相连，所述第一低噪声放大器3另一端与所述发射天线1相连。
[0036] 所述射频模块包括依次相连的单片微波集成电路4、第二低噪声放大器5、低通滤 波器6、模数转换器7、数字信号处理单元8,所述接收天线与所述单片微波集成电路4相连。
[0037] 所述第一低噪声放大器3 -端连接于所述第二低噪声放大器5和所述低通滤波器 6之间。
[0038] 该智能交通行为感知装置还包括雷达数据处理模块，所述射频模块与所述雷达数 据处理模块相连。
[0039] 本实用新型采用扫描式天线，通过一个非常窄的波束对检测区域内快速扫描，通 过这样可以提高对多目标检测的分辨率。
[0040] 本实用新型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。
[0041] 本实用新型的基于微波的智能交通行为感知装置能够在全天候运行，具备高精 度、高可靠性、大区域检测、高经济效益费用比、安装简便等技术优势，而且该智能交通行为 感知装置结构简单，利于推广应用。
[0042] 检测媒介：本实用新型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。
[0043] 如图17所示，本实用新型的基于微波的智能交通行为感知方法包括如下步骤：
[0044] 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。
[0045] 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。
[0046] 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。
[0047] 微波波束调制方式：本实用新型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：
[0050] 因此，在一个周期内，发射信号的上下扫频段可表示为：
[0053] 其中，A为信号幅度（备注：表示回波的能量值）；f。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；Φ。为初始相位。在有效的信号 周期内，信号回波为：
[0056] 其中，ΔΤ = 2R/C ;R为目标距离；C为光速。
[0057] 在有效信号周期内-(Τ/2-ΔΤ)彡t〈0&AT彡t〈T/2内，将公式2和
[0058] 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
[0059] 的瞬时相位为：
[0063] 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f d，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。
[0064] 如果目标临近雷达，则在调频周期内的差频为：
[0065] fb+= fm_fd 上扫频段
[0066] fb_ = fm+fd下扫频段...........................公式6
[0067] 目标的距离和速度信息则可由公式7与公式8计算得到：
[0070] 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。
[0071] 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：
[0074] 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。
[0075] 通过几个完整的区域扫描周期（36个波束）扫完后，根据波束的角度，每个波束在 每个频率点（这个频率点代表一个距离值）所获得能量值，绘制出一个二维的位图。
[0076] 当有车辆位于检测区域内时系统将首先进行背景噪声抑制。
[0077] 如图8所示，道路背景噪声抑制步骤包括如下步骤：
[0078] (1).波束扫描一个周期生成一个二维功率位图；
[0079] (2).将步骤