一种道路交通监控雷达及其实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及道路交通监控雷达及其实现方法，特别涉及一种基于FMSK体制的道 路交通监控雷达装置及其实现方法。
【背景技术】
[0002] 随着国民经济的发展，中国的公路交通交通取得了飞速的发展，汽车的产量和保 有量连年创新历史新高，所以道路交通的管理和科学的引导变得尤其重要，智能交通的概 念也提上议事日程。面对交通日益严重的问题，传统的解决方式越来越显示出其局限性，而 融入了信息技术的智能交通新领域，则逐步开始被全世界关注并大力发展建设；实践证明， 智能交通系统将会成为未来交通的发展方向，这一交通领域的变革也将逐步改变现行交通 带来的诸多问题。
[0003] 雷达在智能交通中将发挥重要作用。车辆类型千差万别，车辆行驶的速度变化范 围很大。道路多样，路况复杂，车辆种类繁多，使用情况多种多样。现在广泛使用的是连续 波多普勒雷达，其由天线、射频电路收发系统、模数转换模块、数字信号处理模块组成。天线 用于向目标物发射信号，并接收目标物的反射信号；射频电路收发系统用于将所述天线的 发射信号和接收信号混频；所述模数转换模块用于将所述混频后的信号转换为数字信号； 对目标回波信号进行傅里叶变换，获得目标回波信号的频谱信号，从而得到目标物的实际 速度。
[0004] 传统的交通测速雷达只测量车辆的速度信息，雷达只能区分波束限定范围内的目 标与限定范围外的目标，当雷达波束限定范围内有大于一辆车时，不能把速度信息与车辆 对应，另外由于目标的RCS (雷达散射截面）不同，与雷达距离远近不同，很容易造成雷达主 波束内的小目标信号能量小于波束副瓣内大目标的能量，所以特别容易造成虚警和漏警， 即雷达探测的速度信息并不能和车辆目标一一对应，这对现代交通管理和引导带来不便。
[0005] 国内目前在用的交通用雷达均为连续波多普勒雷达，均采用多普勒测速的方法。
[0006] 现有技术中，有一种微波测速雷达动态测量速度的方法（公布号： CN103869305A)，实现了在移动中测量机动车速度的方法。一种基于角度补偿的雷达测速装 置及方法（公布号：CN103885056A)，在所述雷达测速装置中增加倾角传感器，并根据所述 倾角传感器测得的角度修正目标物的速度，与传统的雷达测速装置相比，提高了速度测量 的准确性。一种连续波测速雷达（公布号：CN104251992A)，主要应用于公路交通测速领域， 可实时检测每个过往车辆的真实速度。但上述的多种方法或装置都只对单目标测速。
[0007] -种公路车辆监测用窄波束测速雷达组（公布号：CN101520510)，将多个雷 达合理地组合在一起，解决了多个雷达协同工作的问题，但是需要多个雷达装置，增加 了成本，且多目标处理能力不佳。一种单雷达多车道智能测速方法及其系统（公布号： CN104424804A)，需要雷达检测车辆记录与视频检测车辆记录进行判断，确定与雷达触发相 匹配的视频触发，并进而确定车辆速度；此方法增加了雷达设备及其相应的调试和标定工 作，比较复杂。
[0008] -种具有车辆方向辨别功能的测速雷达系统（公布号：CN102445689A)，不 能识别多目标。一种高精度测速测距激光雷达系统及测速测距方法（授权公告号： CN101236253B)，可以获取目标的速度和距离信息，但是多目标处理能力和全天候工作特 性不佳，影响在恶劣环境下的使用。一种编码跳频测距测速方法及雷达（授权公告号： CN100370276C)，，可以得到距离、速度信息，但是容易出现虚假目标和多目标处理能力。基 于对称三角LFMCW雷达的高精度实时微波测速测距装置（公布号：CN103630888A)，实现了 对称三角LFMCW雷达对运动目标同时高精度测速和测距；但是该方法处理比较复杂，成本 较高，功耗大，运算量大。
[0009] -种用于多个目标的间距和相对速度测量的方法和装置（授权公告号：CN 100538395C)，根据FMCW原理工作，在处理多目标问题时常采用不同斜率，利用不同的上升 斜坡和下降斜坡来获得目标的距离和速度信息，在一定程序上解决了距离速度耦合问题， 但是在密集车流量的情况下，其多目标分辨力、目标识别能力、及虚警率和漏警率都不能满 足智能交通的需求，另外在处理多目标时也有如下不足：
[0010] -、多目标分辨率不高，密集目标时不能正确分辨；
[0011] 二、计算量大，需要多个周期及多个调制斜率才能真正得到目标的距离和速度信 息；
[0012] 三、容易出现假目标和丢失真实目标，在不同调制斜率的距离速度组合值之间解 算目标时，不能正确配对或者误配对。
[0013] 迄今为止，没有一种具有生产成本低、结构紧凑、体积小、处理复杂度低、稳定度 高、性能优良，而且电路性能可靠的交通用雷达设备，能够胜任超速管理、卡口管理、闯红灯 管理、交通流量统计等全功能的应用要求的作为现代交通安全管理系统的基础设备。
【发明内容】
[0014] 本发明提出了一种道路交通监控雷达及其实现方法，其基于FMSK体制，对整个车 道上的目标进行监控，获得雷达探测范围内所有目标的距离、速度、和方位信息，在此基础 上统计道路的车流量、车速、道路占有率，以及分析车辆的运行状态和驾驶行为，为智能交 通提供最有效的数据来源，科学引导方便出行。
[0015] 为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供一种道路交通监控雷达，所述 雷达的发射通道包含雷达信号发生器，其提供的发射信号，包含：频率按照设定的步进值线 性上升的A段信号，和频率按照相同的步进值线性上升的B段信号；A段信号与B段信号具 有不同的起始频率；
[0016] 所述雷达的接收通道接收雷达探测范围内一个或多个目标对发射信号的反射信 号；所述雷达的接收通道包含混频器，根据所述雷达信号发生器向其提供的所述发射信号， 对任意一个目标的反射信号进行混频得到相应的中频信号；
[0017] 所述雷达包含信号处理机，对混频得到的任意一个中频信号，根据中频信号的频 率及相位差，求取该中频信号的相应目标的距离及速度信息。
[0018] 优选地，所述雷达信号发生器输出的发射信号，经过功率放大器放大后，经由雷达 发射天线辐射到雷达探测空域；
[0019] 所述雷达的雷达接收天线接收的反射信号，传输给低噪声放大器进行放大后，提 供给混频器的第一输入端；
[0020] 所述雷达信号发生器通过耦合器向混频器的第二输入端，提供该雷达信号发生器 输出的发射信号；
[0021] 所述混频器的输出信号传输到低通滤波器，通过模拟信号处理电路进行信号滤波 放大预处理后，得到相应的中频信号；
[0022] 模拟数字变换器将中频信号转为数字化后，提供给信号处理机的数字信号处理器 对数字化的中频信号进行频谱分析，获得该中频信号的相应目标的距离及速度信息。
[0023] 优选地，所述雷达信号发生器生成的发射信号具有固定斜率的一个频率段；或者， 所述雷达信号发生器生成的发射信号具有不同斜率的多个频率段。
[0024] 优选地，一个频率段的固定斜率或多个频率段各自对应的斜率，由雷达的控制设 备提供给雷达信号发生器的频率调制斜率来控制；
[0025] 所述频率调制斜率由雷达的控制设备制定并提供给雷达信号发生器，或者由监测 道路交通情况的外部系统制定，并经由雷达的控制设备提供给雷达信号发生器。
[0026] 本发明的另一个技术方案是提供一种道路交通监控雷达的实现方法，所述雷达向 外辐射的发射信号，包含：频率按照设定的步进值线性上升的A段信号，和频率按照相同的 步进值线性上升的B段信号；A段信号与B段信号具有不同的起始频率；
[0027] 所述雷达接收雷达探测范围内一个或多个目标对发射信号的反射信号；所述雷 达，对任意一个目标的反射信号与所述发射信号混频后得到的中频信号进行频谱分析，从 而根据所述中频信号的频率及相位差，求取与该中频信号相应的目标的距离及速度信息。
[0028] 优选地，对A段信号相应的中频信号进行频谱分析，得到相应目标的中频信号的 相位表达式：
[0030]