超速车辆所在车道检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种超速车辆所在车道检测方法，主要解决现有技术测速时，无法定位超速车辆的位置的问题。其实现过程为：1）对回波进行混频和信号提取，得到只含多普勒频率的低频分量so(t)；2）将基带信号数字化，并构造复接收数字信号序列，再对复接收数字信号序列进行加权，得到输出矩阵So；3）对加权后输出矩阵So作频谱分析，得到超速车辆的个数，并提取所有超速车辆的速度信息；4）建立所有车道上只有一辆汽车超速的多目标分辨表，利用线性叠加得到多目标分辨表，并通过查表判断超速车辆的位置和速度。本发明采用最优权方法结合查表逻辑判断，减少了需要处理的数据量和复杂度，提高了测速雷达的角度分辨率，可用于车辆测速和定位。
【专利说明】超速车辆所在车道检测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于目标检测【技术领域】，特别涉及交通车辆的速度与位置检测方法，可用于对超速车辆的分辨及所在的车道定位。
【背景技术】
[0002]随着我国交通运输事业的蓬勃发展，智能交通系统ITS的研究和应用越来越得到重视。准确、实时、完整的交通信息采集是ITS的基础，而车辆速度的获取是车辆检测器一项极为重要的任务。如何准确地分辨出超速车辆，一直是车辆检测器亟需解决的问题。
[0003]目前，可用于交通测速的信息采集方式主要分为三类:磁频采集、波频采集和视频采集。信息采集器多种多样，主要有:感应线圈检测器、视频检测器、红外检测器、微波检测器、磁力检测器等。其中:
[0004]1.感应线圈检测器:其传感器为一组通有电流的环形感应线圈。当车辆进入环形感应线圈形成磁场时，引起电路中调谐电流的频率或相位变化，检测处理单元通过对频率或相位变化的响应，得出一个检测到车辆的输出信号。通常在同一个车道内埋两个感应线圈，根据测定车辆通过前后线圈的脉冲响应的时间差，通过距离除以时间就可以测出车速。该方法的主要缺陷是:安装过程对检测器的可靠性和寿命影响很大；安装或维修需要中断交通；影响路面寿命；易被重型车辆、路面修理等损坏。
[0005]2.视频检测器:是将视频图像处理和计算机图形识别技术相结合的新型采集技术。它是用视频摄像机作为传感器，在视频范围内设置虚拟线圈及检测区，车辆进入检测区时使背景灰度值发生变化，从而产生检测信号，通过软件的分析和处理即得到交通量、平均速度、占有率等交通参数。该方法的缺点是:检测精度稳定性不高，易受整个系统软、硬件的限制；大型车辆遮挡随行的小型车辆、积水反射和昼夜转换可造成检测误差；图形处理计算量大；实时性差。
[0006]3.红外检测器:主要是利用激光二极管，发射低能红外照射检测区域，并接收经过车辆的反射或散射返回检测器的回波信号，利用回波信号的频率变化即可测得车辆的速度。该方法的缺点是:性能受环境和气流影响较大；易受车辆本身热源的影响；抗噪声能力不强；精度不高。
[0007]4.微波检测器:此检测器是一种工作在微波频段的雷达探测器。工作时，检测器向行驶的车辆发射微波信号，该微波信号通过车辆阻挡产生反射，在反射的过程中由于发生多普勒效应，使得反射波的频率发生偏移，根据这种频率的偏移即可检测出有无车辆通过，同时，根据接收到的反射波的频率变化，检测出车辆的速度。利用微波检测器对交通流量、道路占有率及车速进行检测，不仅实时性好、稳定性高、抗噪声干扰能力强，而且对于检测的环境要求较低，但是这种微波检测器的最大不足是:由于微波检测器中微带天线阵子数较少，导致微波信号的波束宽度较大，很难实现高的角度分辨，不能准确的确定超速车辆的位置信息。
【发明内容】
[0008]本发明的目的在于针对上述微波检测器的不足，提出一种超速车辆所在车道定位方法，以在保证微波检测器优点的前提下，提高角度分辨率，准确的确定出超速车辆的位置信息。
[0009]实现本发明目的技术思路是，建立只有单个车辆超速情况下的多目标分辨表，将只有单个车辆超速的多目标分辨表的任意两列相加，得到有两辆汽车超速的多目标分辨表，进而得到多辆汽车超速的多目标分辨表；通过对测量的结果进行查表对比，即可确定超速车辆的车道，再通过分析各个波束接收到的目标速度信息之间的相关性，确定具体的某一辆超速车辆对应的速度。
[0010]根据上述思路，其具体方案包括如下步骤:
[0011]A.通过雷达接收所有车辆的回波，并对接收到的所有车辆的回波进行混频和信号提取，得到只含多普勒频率的低频分量S。(t)；
[0012]B.将基带信号数字化，并用数字化后的基带信号构造复接收数字信号序列，再对复接收数字信号序列进行加权，得到加权后的输出矩阵S。；
[0013]C.对加权后输出矩阵S。作频谱分析，得到超速车辆的个数，并提取所有超速车辆的速度信息；
[0014]D.创建多目标分辨表:首先建立所有车道上只有一辆汽车超速的多目标分辨表，然后通过线性叠加原理，得到多辆汽车超速时的多目标分辨表；
[0015]E.查表判断当前测速时刻超速车辆的位置，并结合步骤C中的速度信息最终确定出每一个超速车辆的速度。
[0016]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0017]I)测速平台易于搭建
[0018]由于雷达波束的方向性比较好，所以现有技术对雷达系统架设的精度要求较高，硬件平台难以搭建。本发明采用离线权值计算，可以根据道路情况设计所需要的加权值，从软件上改变雷达的波束指向，使得测速平台易于搭建；
[0019]2)实时性好
[0020]现有测速方法需要大量的数据，数据的采集过程需要大量的时间，同时对数据进行处理也需要很长时间，很难保证实时性。本发明需要的数据量比较少，另外数据处理只包括:信号加权、快速傅里叶变换和多目标分辨查表。前两个操作可以分解成简单的乘累加操作，运算量比较小，处理时间比较快，可以在任何DSP芯片中快速实现，同时查表比前两种操作实现更简单所需时间更少，保证了很高的实时性；
[0021]3)成本低
[0022]现有的技术为了保证实时性，要求数据的采集和处理速度比较快，往往采用频率较高的采集芯片和较先进的DSP芯片，使得价格比较昂贵。本发明因为只需要对回波进行简单的处理，仅需要一款简单的DSP芯片，成本比较低，而且射频前端是早已普及的微带阵列天线，进一步降低了成本；
[0023]4)精度高
[0024]现有的技术往往需要对数据进行很多步处理，每经过一次处理，精度就会下降一次，本发明的数据处理比较简单，从而保证了很高的检测精度；[0025]5)计算量小
[0026]现有的技术为了得到道路上车辆的速度和位置信息，往往需要采集大量的数据，并对数据进行复杂的处理，使得运算量比较大。本发明需要的数据量小，而且只需要对数据进行快速傅里叶变换，处理过程简单，从而保证了很小的计算量。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是本发明的实现流程图；
[0028]图2是本发明用于四车道的交通测速雷达的车道和雷达模型；
[0029]图3是本发明用于四车道时综合出的四个波束方向图；
[0030]图4是本发明用于四车道时在一定空域内放大的波束方向图；
[0031]图5是本发明用于四车道时快速傅里叶变换后的结果。
【具体实施方式】
[0032]参照图1，本实例的具体实现步骤如下:
[0033]步骤I，获得只含多普勒频率的低频分量S()(t)。
[0034](Ia)发射信号采用单频信号
【权利要求】
1.一种超速车辆所在车道检测方法，其特征在于包括如下步骤: A.通过雷达接收所有车辆的回波，并对接收到的所有车辆的回波进行混频和信号提取，得到只含多普勒频率的低频分量s。(t)； B.将基带信号数字化，并用数字化后的基带信号构造复接收数字信号序列，再对复接收数字信号序列进行加权，得到加权后的输出矩阵S。； C.对加权后输出矩阵S。作频谱分析，得到超速车辆的个数，并提取所有超速车辆的速度?目息; D.创建多目标分辨表:首先建立所有车道上只有一辆汽车超速的多目标分辨表，然后通过线性叠加原理，得到多辆汽车超速时的多目标分辨表； Ε.查表判断当前测速时刻超速车辆的位置，并结合步骤C中的速度信息最终确定出每一个超速车辆的速度。
2.根据权利要求1所述的超速车辆所在车道检测方法，其特征在于步骤A所述的对接收到的所有车辆的回波进行混频和信号提取，按如下步骤进行: Al)将接收到的回波信号
3.根据权利要求1所述的超速车辆所在车道检测方法，其特征在于步骤B所述的对复接收数字信号序列进行加权，按如下步骤进行: B1)计算各个波束的主瓣区和零陷区的角度变化范围，得到各个波束的波束指向Θ !, θ2，…，Θ i, ΘΝ，再根据波束指向得到指向Θ i的导向矢量这(Θ i)，l≤i≤N:
4.根据权利要求1所述的超速车辆所在车道检测方法，其特征在于步骤D所述的建立所有车道上只有一辆汽车超速的多目标分辨表，按如下步骤进行: Dl)根据具体车道数N，确定需要形成的波束个数η:η=Ν，并以波束个数η作为多目标分辨表的横坐标； D2)根据单个车辆出现在的不同位置，分为N种情况，并以此N种情况作为多目标分辨表的纵坐标； D3)以横坐标和纵坐标为基准建立多目标分辨表，将超速车辆出现在具体车道时，每一个波束检测到的超速目标个数填入对应的表格。
【文档编号】G08G1/052GK103745601SQ201410008575
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月8日 优先权日:2014年1月8日
【发明者】苏涛, 高琦, 张宏飞 申请人:西安电子科技大学