一种智能交通中的机动车辆识别系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能交通中的机动车辆识别系统，包括检测器，接收天线和PC机；检测器为无源毫米波检测器，由低噪声放大器、平方率检波器、视频放大器、信号处理单元和电源供给单元组成；接收天线为毫米波天线。其识别方法包括步骤：1）毫米波检测器工作，车辆向检测器检测区域行进；2）毫米波检测器观测检测区域，输出信号；3）PC机将检测器输出信号的电压，与预先设立的有无车辆通过的门限电压进行对比，做出判断；4）在判断为有车辆通过的情况下，PC机将检测器输出信号的电压，与预先设立的不同车型的门限电压范围进行对比，根据检测器输出信号的电压落在哪一个车型的门限电压范围，PC机做出与之相应的通过车辆的车型识别判断。
【专利说明】一种智能交通中的机动车辆识别系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明属于智能交通领域，具体涉及一种智能交通中的机动车辆识别系统及方法。
【背景技术】
[0002]现代智能交通系统(IntelligentTransportationSystem,ITS),是一种先进的一体化交通综合管理系统，它通过先进传感技术、先进的通讯手段和计算机处理技术等的共同协作作用，使交通更安全、更有效率、更可靠、更环保、更节省时间和成本。
[0003]作为ITS先进传感器技术之一的微波交通雷达，又被称为微波交通检测器，与视频检测等相区别。国际上的主流产品就是微波雷达配合高速摄像头拍摄超速。在车流量检测方面，微波交通雷达作为主打产品不仅逐步占据欧美市场，而且逐步进入亚洲、中国市场。现代ITS的先进传感技术中，微波交通雷达技术已成为城市环线道路实时交通信息检测的主流选择。与其他先进传感技术如:地感线圈、视频监控、机动车GPS定位、人工报警等相比，微波交通雷达具有其他检测手段难以媲美的优点:如数据实时性强，检测数据量充足，检测精度高，安装和维护时方便；寿命长，维护成本低；不受光照以及恶劣自然环境因素影响的全天候工作特性。
[0004]因此，近几年微波交通雷达技术得到了迅速发展，它能够准确地检测道路交通的车流量、车道占有率等交通流信息，在现代ITS先进传感技术中逐步占据重要地位。但是微波交通雷达技术还存在下述缺憾:
[0005]1、微波的频率较低，因而在目标识别的精度上欠缺，因而往往作为智能交通中判断车流量检查雷达应用，还不能准确进行车型识别；
[0006]2、微波交通雷达工作于主动体制，向目标发射微波，因而其功耗较大；对汽车电子的工作会造成一定的频率干扰，且容易为电子狗等设备截获，对交通检测与执法带来隐患。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是提供一种智能交通中的机动车辆识别系统及方法，能够实现高精度的车型识别，为智能交通提供良好的传感器技术支持。
[0008]为实现上述目的，本发明的技术方案是:
[0009]一种智能交通中的机动车辆识别系统，其特殊之处在于:所述系统包括检测器，接收天线和PC机；所述检测器为无源毫米波检测器，所述无源毫米波检测器由视频放大器，信号处理单元，电源供给单元，以及均工作在毫米波频率的低噪声放大器和平方率检波器组成；毫米波天线与低噪声放大器连接，低噪声放大器、平方率检波器、视频放大器和信号处理单元依次连接；所述电源供给单元与毫米波检测器的低噪声放大器、视频放大器、信号处理单元连接；所述接收天线为毫米波天线。
[0010]毫米波天线接收天线波束场景内的毫米波辐射能量；
[0011]低噪声放大器接收毫米波天线的毫米波信号，对接收的毫米波信号进行低噪声系数的放大处理；
[0012]平方率检波器接收经毫米波放大器放大的毫米波信号，将毫米波能量转换为与其功率成正比低频电压信号，输出表征车辆目标毫米波辐射特征的低频电压信号；
[0013]视频放大器接收平方率检波器的低频电压信号，对低频电压信号进行放大处理；视频放大器的工作频率和带宽，与车辆通行的速度相关；
[0014]信号处理单元接收经过所述视频放大器放大的低频电压信号，用于对放大的低频电压信号进行去噪、平滑、模数变换，采样信号、阈值判断处理；
[0015]电源供给单元用于提供电源动力给所述的毫米波低噪声放大器、视频放大器、信号处理单兀。
[0016]进一步，上述平方率检波器为混合集成的二极管检波器。
[0017]进一步，上述低噪声放大器为微波/毫米波单片集成电路芯片，低噪声放大器采取级联的方式级联多片芯片，芯片间通过微带线相连，第一级毫米波低噪声放大器芯片的选型优先考虑其低噪声系数；第二级及以后的毫米波低噪声放大器芯片的选型优先考虑其高增益。
[0018]进一步，上述毫米波天线为单一接收天线，为平面微带结构，毫米波天线制作在高频低损耗的单片毫米波电路板上，并通过探针或微带与低噪声放大器相连。
[0019]进一步，上述视频放大器、信号处理单元、电源供给单元集成在高频低损耗的单片电路板上。
[0020]本发明还提供一种智能交通中的机动车辆识别方法，该识别方法应用无源毫米波检测器实现车辆检测与车型识别，该方法包括如下步骤:
[0021](I)毫米波检测器工作，车辆向检测器检测区域行进；
[0022](2)毫米波检测器观测检测区域，输出信号；
[0023](3) PC机将检测器输出信号的电压，与预先设立的有车辆通过和无车辆通过的门限电压进行对比，做出无车辆通过和有车辆通过的判断:检测器输出电压信号在该门限电压之下，PC机做出无车辆通过的判断，否则，PC机做出有车辆通过的判断；
[0024](4)在判断为有车辆通过的情况下，PC机将检测器输出信号的电压，与预先设立的不同车型的门限电压范围进行对比，不同车型的门限电压范围分别具有下限与上限，根据检测器输出信号的电压落在哪一个车型的门限电压范围，PC机做出与之相应的通过车辆的车型识别判断。
[0025]一般智能交通应用的车辆检测器，在主动体制上，有微波、超声波雷达等，采取发射-接收的模式，检测器向车辆发射微波/超声波，依靠接收目标的回波信号进行车辆的检测；在被动体制上，有红外、电磁感应线圈等，不向目标发射信号，单纯靠接收目标的辐射/感应信号进行车辆的检测。
[0026]本发明的毫米波检测器，用于车辆检测和车型识别，采样无源(被动)工作体制，不向检测目标发射电磁波，单纯靠接收目标的辐射毫米波进行车辆检测与车型识别。其工作原理如下:
[0027]无源毫米波检测器通过检测其频段内的电磁能量来进行目标探测和识别。在毫米波段，不同物体的发射率差异很大，发射率较低的物体，不论其温度如何，它自身辐射的能量都较少，而主要是反射周围环境的温度。这种机理使无源毫米波检测器在探测金属目标时有一个显著的优点:因为金属目标的发射率很低，它几乎仅仅是反射天空的温度，天空温度不仅较低，且在一定时空范围内基本不变，因而金属目标的毫米波辐射特征很稳定。无源毫米波检测器对目标的探测和识别，就是通过对目标与背景的毫米波辐射特性测量来进行。
[0028]根据普朗克定律，一切高于绝对温度零点的物体都要对外辐射电磁波。在无源毫米波探测的研究中通常用温度(以绝对温度K为单位)来表示目标毫米波辐射功率的大小。金属的毫米波辐射只是非常小的一部分，更多的部分是金属对环境的毫米波辐射的强反射，因此，室外条件下，反射天顶毫米波辐射(辐射温度最低为70K左右)的金属车辆目标在背景(典型地物的辐射温度为290K左右)中具有更强的对比度，因而更易识别。
[0029]金属车辆目标的实际辐射温度低于公路背景，无源毫米波检测器对路面金属结构车辆目标的检测和识别，正是在辐射温度高的“热”背景中，寻找辐射温度低的“冷”目标。
[0030]因此，从无源毫米波检测器的输出电压变化信号，不仅可以对车辆进行检测，而且可以对车型进行识别，即:大型车的占地面积AT大，输出电压变化信号大；小型车的占地面积AT大,输出电压变化信号小。车型大小与输出电压变化信号之间存在正比关系。
[0031]本发明的智能交通中的机动车辆识别系统，毫米波天线工作于毫米波频率30?300GHz，毫米波检测器工作体制非雷达体制，检测器不向外辐射毫米波，而是单纯靠接收目标的辐射毫米波，来进行目标检测和识别的被动(无源)体制；毫米波检测器由低噪声放大器、平方率检波器，工作于低频频率的视频放大器、信号处理单元以及电源供给单元组成。毫米波检测器进行检测时，车辆向毫米波检测器方向行进，从车辆进入毫米波天线波束地面投影区域，到车辆驶出该区域，毫米波检测器向PC机输出检测信号和判断信号；如果车辆未通过，毫米波检测器的输出电压信号无变化，PC机做出未检测到车辆的判断；如果有车辆通过，则毫米波检测器向PC机输出的电压变化信号，电压变化信号的幅度大小与车型大小一致，根据预先设置的阈值，PC机做出检测到车辆及车型识别的判断。
[0032]此外，本发明结构简单，操作方便，稳定性高，具有恶劣天气(沙尘、大雾等)下正常工作的特点，是一种性能优良的智能交通中的机动车辆识别系统。本发明的检测器相比于微波检测器，毫米波检测器具有更高的探测精度精，全天候工作，且算法简单、维护方便、可移动、无路面破坏性，是一种无辐射的新型检测器。本发明的检测器采用无源工作体制一与微波雷达检测器和毫米波雷达检测器相比，该无源毫米波检测器自身不发生电磁波，因而对方无法监控；自身耗能低；不对电子设备产生干扰影响；系统组成简单，器件少，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明的识别系统的示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0035]参见图1，一种智能交通中的机动车辆识别系统，包括检测器，接收天线和PC机；所述检测器为无源毫米波检测器，所述无源毫米波检测器由视频放大器，信号处理单元，电源供给单元，以及均工作在毫米波频率的低噪声放大器和平方率检波器组成；毫米波天线与低噪声放大器连接，低噪声放大器、平方率检波器、视频放大器和信号处理单元依次连接；所述电源供给单元与毫米波检测器的低噪声放大器、视频放大器、信号处理单元连接；所述接收天线为毫米波天线，毫米波天线接收其天线波束场景内的毫米波辐射能量。
[0036]平方率检波器为混合集成的二极管检波器，不与电源供给单元相连。
[0037]低噪声放大器为微波/毫米波单片集成电路芯片，低噪声放大器采取级联的方式级联多片芯片，芯片间通过微带线相连，第一级毫米波低噪声放大器芯片的选型优先考虑其低噪声系数；第二级及以后的毫米波低噪声放大器芯片的选型优先考虑其高增益。
[0038]毫米波天线为单一接收天线，为平面微带结构，毫米波天线制作在高频低损耗的单片毫米波电路板上，并通过探针或微带与低噪声放大器相连。
[0039]低噪声放大器用于接收毫米波天线的毫米波信号，对接收的毫米波信号进行低噪声系数的放大处理；平方率检波器接收毫米波放大器放大的毫米波信号，将毫米波能量转换为与其功率成正比低频电压信号，输出表征车辆目标毫米波辐射特征的低频电压信号；视频放大器接收平方率检波器的低频电压信号，用于对低频电压信号进行放大处理；视频放大器的工作频率和带宽，与车辆通行的速度相关；信号处理单元用于接收经过视频放大器放大的低频电压信号，用于对放大的低频电压信号进行去噪、平滑、模数变换，采样信号、阈值判断处理；电源供给单元用于提供电源动力给低噪声放大器、视频放大器、信号处理单元，电源供给单元不与平方率检波器相连。
[0040]一种智能交通中的机动车辆识别系统的识别方法，包括如下步骤:
[0041](I)毫米波检测器工作，车辆向检测器检测区域行进；
[0042](2)毫米波检测器观测检测区域，输出信号；
[0043](3) PC机将检测器输出信号的电压，与预先设立的有车辆通过和无车辆通过的门限电压进行对比，做出无车辆通过和有车辆通过的判断:检测器输出电压信号在该门限电压之下，PC机做出无车辆通过的判断，否则，PC机做出有车辆通过的判断；
[0044](4)在判断为有车辆通过的情况下，PC机将检测器输出信号的电压，与预先设立的不同车型的门限电压范围进行对比，不同车型的门限电压范围分别具有下限与上限，根据检测器输出信号的电压落在哪一个车型的门限电压范围，PC机做出与之相应的通过车辆的车型识别判断。
【权利要求】
1.一种智能交通中的机动车辆识别系统，其特征在于:所述系统包括检测器，接收天线和PC机；所述检测器为无源毫米波检测器，所述无源毫米波检测器由视频放大器，信号处理单元，电源供给单元，以及均工作在毫米波频率的低噪声放大器和平方率检波器组成；毫米波天线与低噪声放大器连接，低噪声放大器、平方率检波器、视频放大器和信号处理单元依次连接；所述电源供给单元与毫米波检测器的低噪声放大器、视频放大器、信号处理单元连接；所述接收天线为毫米波天线； 毫米波天线接收天线波束场景内的毫米波辐射能量； 低噪声放大器接收毫米波天线的毫米波信号，对接收的毫米波信号进行低噪声系数的放大处理； 平方率检波器接收经毫米波放大器放大的毫米波信号，将毫米波能量转换为与其功率成正比低频电压信号，输出表征车辆目标毫米波辐射特征的低频电压信号； 视频放大器接收平方率检波器的低频电压信号，对低频电压信号进行放大处理；视频放大器的工作频率和带宽，与车辆通行的速度相关； 信号处理单元接收经过所述视频放大器放大的低频电压信号，用于对放大的低频电压信号进行去噪、平滑、模数变换，采样信号、阈值判断处理； 电源供给单元用于提供电源动力给所述的毫米波低噪声放大器、视频放大器、信号处理单元。
2.根据权利要求1所述的一种智能交通中的机动车辆识别系统，其特征在于:所述平方率检波器为混合集成的二极管检波器。
3.根据权利要求1所述的一种智能交通中的机动车辆识别系统，其特征在于:所述低噪声放大器为微波/毫米波单片集成电路芯片，低噪声放大器采取级联的方式级联多片芯片，芯片间通过微带线相连，第一级毫米波低噪声放大器芯片的选型优先考虑其低噪声系数；第二级及以后的毫米波低噪声放大器芯片的选型优先考虑其高增益。
4.根据权利要求1所述的一种智能交通中的机动车辆识别系统，其特征在于:所述毫米波天线为单一接收天线，为平面微带结构，毫米波天线制作在高频低损耗的单片毫米波电路板上，并通过探针或微带与低噪声放大器相连。
5.根据权利要求1所述的一种智能交通中的机动车辆识别系统，其特征在于:所述视频放大器、信号处理单元、电源供给单元集成在高频低损耗的单片电路板上。
6.一种如权利要求1-5所述的智能交通中的机动车辆识别系统的识别方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)毫米波检测器工作，车辆向检测器检测区域行进； (2)毫米波检测器观测检测区域，输出信号； (3)PC机将检测器输出信号的电压，与预先设立的有车辆通过和无车辆通过的门限电压进行对比，做出无车辆通过和有车辆通过的判断:检测器输出电压信号在该门限电压之下，PC机做出无车辆通过的判断，否则，PC机做出有车辆通过的判断； (4)在判断为有车辆通过的情况下，PC机将检测器输出信号的电压，与预先设立的不同车型的门限电压范围进行对比，不同车型的门限电压范围分别具有下限与上限，根据检测器输出信号的电压落在哪一个车型的门限电压范围，PC机做出与之相应的通过车辆的车型识别判断。
【文档编号】G08G1/017GK103489315SQ201310422065
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月16日 优先权日:2013年9月16日
【发明者】时翔, 宋依青, 查志琴, 沈利香, 邬佳伟, 庄燕滨, 朱宇光, 严伟中, 何松, 潘群, 杨雄, 徐强, 王琳 申请人:常州工学院